ściankaszczelnaprojekt

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej
Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

PROJEKT ŚCIANKI SZCZELNEJ
kotwionej, dołem utwierdzonej w gruncie
TEMAT NR 28

Funkcja Tytuł zawodowy Imię i nazwisko Grupa nr Data Podpis
Projektant student Patryk Stachowski 13 19.06.2012
Weryfikator mgr inż. mgr inż. Tomasz Kusio
Data oddania Uwagi sprawdzającego

Gdańsk, 19.06.2012

A B C D E F Razem
Pkt/Ocena
Termin oddania Bieżące zaawansowanie Opis techniczny Rysunki techniczne Obliczenia Obrona
Pkt
Max 10 pkt 10 pkt 10 pkt 15 pkt 35 pkt 20 pkt 100 pkt



1.0. OPIS TECHNICZNY

1.1. Cel projektu

Celem było zaprojektowanie ścianki szczelnej dołem utwierdzonej w gruncie dla zadanych warunków gruntowych.

1.2. Podstawa opracowania

Projekt wykonano na zlecenie Katedry Geotechniki Wydziału Budownictwa Wodnego i Inżynierii Środowiska Politechniki Gdańskiej. Obiekt ma za zadanie ogrodzenie i zabezpieczenie brzegu rzeki. Projekt ścianki szczelnej sztywno zakotwionej, dołem utwierdzonej w gruncie.

 

1.3. Uzupełniona charakterystyka budowli

Teren, na którym projektuje się umiejscowienie konstrukcji jest terenem niezabudowanym.

1.4. Warunki geologiczno – inżynierskie

1.5. Stan istniejący

Teren pod budowę ścianki szczelnej jest płaski. Nie znajdują się tam żadne obiekty budowlane przeznaczone do rozbiórki

1.6. Opis konstrukcji

Ściankę szczelną wykonano z następujących elementów:

1.7. Technologia wykonania

 

Ścianę wykonać należy wykonać z profili LARSSEN 503K. Wbijanie zaczynamy od brusa narożnego wbijając go na odpowiednią głębokość. Kolejne elementy wbijamy parami. Brusy łączymy na zamki. Za pomocą dwóch kafarów dokonujemy wbijania poszczególnych elementów zabezpieczając specjalnymi kołpakami głowice złączonych profili. Po wbiciu profili należy wykonać wykop za ścianką, na głębokość ponad 2,6m w celu zamontowania kleszczy. Za pomocą śrub M36 łączymy brusy z cewnikami 280. W celu umieszczenia ściągu w gruncie należy wykonać wąski wykop wzdłuż docelowego położenia ściągu, prostopadle do brusów. Na prętach mocujemy śrubę rzymską o gwincie M68 i średnicy wewnętrznej d=50mm , w celu naciągnięcia ściągu. Po zakończeniu czynności należy zasypać i zagęścić wszystkie wykopy.

 

1.8. Wykorzystane materiały

2.0. PARAMETRY GEOTECHNICZNE

Warstwa I Mało wilgotny
Rodzaj gruntu Gpyl -
Stopień zagęszczenia ID 0,45 -
Kąt tarcia wewnętrznego φu 11 st.
Gęstość właściwa ρs 2,68 t/m3
Gęstość objętościowa ρ 2 t/m3
Wilgotność naturalna wn 25 %
Warstwa II Mało wilgotny Wilgotny Mokry
Rodzaj gruntu Ps Ps Ps -
Stopień zagęszczenia ID 0,55 0,55 0,55 -
Kąt tarcia wewnętrznego φu 32,5 32,5 32,5 st.
Gęstość właściwa ρs 2,65 2,65 2,65 t/m3
Gęstość objętościowa ρ 1,7 1,85 2 t/m3
Wilgotność naturalna wn 5 14 22 %
Warstwa III Mało wilgotny Wilgotny Mokry
Rodzaj gruntu Ps Ps Ps -
Stopień plastyczności gruntu IL 0,75 0,75 0,75 -
Kąt tarcia wewnętrznego φu 34 34 34 st.
Gęstość właściwa ρs 2,65 2,65 2,65 t/m3
Gęstość objętościowa ρ 1,8 1,9 2,05 t/m3
Wilgotność naturalna wn 4 8 12 %


3.0. OKREŚLANIE ODDZIAŁYWAŃ GRUNTU I WODY NA ŚCIANKĘ SZCZELNĄ: PARCIE I ODPUR GRUNTU, PARCIE WODY

3.1. Wyznaczenie jednostkowego odporu gruntu

WARSTWA 1

Gpyl:


$$K_{a} = \ \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{11^{o}}{2} \right) = \ 0,68$$


ea1 = p * Ka = 14 * 0, 68 = 9, 52[kPa]


$$e_{a2} = \left( 14 + 20,30*2,6 \right)*\ 0,68 - 2*15*\sqrt{0,68} = 20,67\lbrack kPa\rbrack$$

WARSTWA 2

Ps:


$$K_{a} = \ \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{{32,5}^{o}}{2} \right) = \ 0,301$$


ea1 = ( 14+2,6*20,3) * 0, 301 = 20, 1[kPa]


ea2 = ( 14+2,6*20,3+0,2*18,5) * 0, 301 = 21, 21[kPa]

Wyznaczenie gęstości z uwzględnieniem wyporu wody:

z normy PN-B-03020 dla Ps:

porowatość:  


$$n = \ \frac{\rho_{s}\ \left( 1 + w \right) - \ \rho}{\rho_{s}(1 + w)} = \ \frac{2,65*\left( 1 + 0,22 \right) - \ 2}{2,65\ \left( 1 + 0,22 \right)} = 0,381$$


$$\gamma^{'} = \left( 1 - n \right)*\left( \ \gamma_{\text{Szkieletu}} - \ \gamma_{\text{Wody}} \right) = \left( 1 - 0,381 \right)*\left( 18,5 - 10 \right) = 5,26\ \frac{\text{kN}}{m^{3}}$$

ea3 = (14+2,6*20,3+0,2*18,5+ 3,6*5,26) * 0, 301 = 26, 91 kPa

WARSTWA 3

Ps:

Wyznaczenie gęstości z uwzględnieniem wyporu wody:

z normy PN-B-03020 dla piasku grubego:

porowatość:


$$\ n = \ \frac{\rho_{s}\ \left( 1 + w \right) - \ \rho}{\rho_{s}(1 + w)} = \ \frac{2,65*\left( 1 + 0,18 \right) - \ 2,05}{2,65\ \left( 1 + 0,18 \right)} = 0,344$$

$\gamma^{'} = \left( 1 - n \right)*\left( \ \gamma_{\text{Szkieletu}} - \ \gamma_{\text{Wody}} \right) = \left( 1 - 0,344 \right)*\left( 18,4 - 10 \right) = 5,51\ \frac{\text{kN}}{m^{3}}$

$K_{a} = \ \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{34^{o}}{2} \right) = \ 0,283$

ea1 = (14+2,6*20,3+0,2*18,5+ 3,6*5,26) *  0, 283 = 25, 3kPa

ea2 = (14+2,6*20,3+0,2*18,5+ 3,6*5,26+4,6*5,51) *  0, 283 = 32, 48 kPa

3.2. Wyznaczenie parcia wody


ew = h *  γwody


ew1 = 0


ew2 = ew3 =   1, 2 * 10 = 12 kPa

3.3. Wyznaczenie odporu gruntu


$$K_{p} = \ \frac{\cos^{2}\phi}{\cos\left( \delta_{B} \right)\lbrack\ 1 - \sqrt{\frac{\sin\left( \ \phi - \ \delta_{B} \right)*sin\phi}{cos(\delta_{B})}}\rbrack^{2}} = \ \frac{\cos^{2}(34)}{\cos\left( - 17 \right)\lbrack 1 - \ \sqrt{\frac{\sin\left( \ 34 + 17 \right)*\sin{34}}{cos( - 17)}\rbrack^{2}}} = 9,0$$


$$\delta_{B} = \ - \frac{1}{2}*\ \phi = \ - \frac{1}{2}*34 = \ - 17$$


Kph  =  Kp * cosδB *  η = 9, 0 * cos( −17) *  0, 85 = 7, 31


ep1 = 0 [kPa]


ep2 = (5,51*3,9) *  7, 31 = 157, 08 [kPa]


ep (an ) =  ea(an)

Wartość an odczytana za pomocą rysunku w programie AutoCad 2012

an=0,99m

Wykres złożony od parcia, odporu i zwierciadła wody.

(wykonany w programie AutoCad 2012)

4.0. WYPADKOWE PO STRONIE PARCIA

Obciążenie Wartość rbi Mbi
Ea1 34,25 6,63 227,08
Ea2 4,13 5,3 21,89
Ea3 33,79 4,64 156,79
Ea4 88,79 2,87 254,83
Ea5 26,49 1,34 35,5
Ea6 19,04 0,66 12,57
∑ 206,49 708,66


$$e^{*}p\left( t^{*} \right) = \ \frac{112,6}{3,9 - 0,99}t^{*} = 38,69t^{*}$$


E*p(t*) = 0, 5 * 38, 69t* * t* = 19, 345t2*


$${\sum_{}^{}{M_{b} = 0}\backslash n}\begin{matrix} 708,66 - S*6,09 = 0 \\ \mathbf{S}\mathbf{=}\mathbf{116}\mathbf{,}\mathbf{36}\mathbf{\ }\frac{\mathbf{\text{kN}}}{\mathbf{m}} \\ \end{matrix}$$


$${\sum_{}^{}{X = 0}\backslash n}{206,49 - 116,36 - R_{b} = 0\backslash n}{\mathbf{R}_{\mathbf{b}}\mathbf{= 90,13}\frac{\mathbf{\text{kN}}}{\mathbf{m}}}$$


$${\sum_{}^{}{M_{c} = 0}\backslash n}{- R_{b}*t^{*} + E_{p}\left( t^{*} \right)*\frac{t^{*}}{3} = 0\backslash n}{- 90,13*t^{*} + 19,345*\frac{t^{*3}}{3} = 0}$$


$${\mathbf{t}^{\mathbf{*}}\mathbf{= 3,74\ m}\backslash n}{E_{p}\left( 3,74 \right) = 270,59\frac{\text{kN}}{m}}$$

4.1. Wyznaczanie maksymalnego momentu zginającego


M = Mmax → T = 0


ea + w(ym) = 35, 11 + 0, 301 * 5, 26 * ym


ea + w(ym) = 35, 11 + 1, 583 * ym


$$E_{a + w}\left( y_{m} \right) = \ \frac{35,11 + 35,11 + 1,583*y_{m}}{2}{*y}_{m}$$


Ea + w(ym) = 35, 11 * ym + 0, 792 * ym2 ∖ n


T(ym) = −34, 25 + 116, 36 − 4, 13 − 33, 79 − (35, 11 * ym + 0, 792 * ym2)


T(ym) = 44, 19 − 35, 11 * ym − 0, 792 * ym2 = 0


ym=1, 22 m

Dane pomocnicze


ea + w(1,22) = 37, 04 kPa


$$E_{a + w}\left( 1,22 \right) = 44,01\ \frac{\text{kNm}}{m}$$


rm=0, 6

Obliczenie maksymalnego momentu zginającego w pierwszej części ścianki:


Mmax = −35, 11 * 3, 76 + 116, 36 * 3, 22 − 4, 13 * 2, 43 − 33, 79 * 1, 77 − 44, 01 * 0, 6


$$\mathbf{M}_{\mathbf{\max}}\mathbf{= 146,42}\frac{\mathbf{\text{kNm}}}{\mathbf{m}}$$

Obliczenie maksymalnego momentu zginającego w drugiej części działki:


T(y2m) = 0


−90, 13 + 19, 345 * y2m2 = 0


y2m=2, 16m


$$E_{p}\left( 2,16 \right) = 19,345*{2,16}^{2} = 90,26\frac{\text{kN}}{m}$$


$$M_{2max} = - 90,13*2,6 + 90,26*\frac{2,16}{3}$$


$$\mathbf{M}_{\mathbf{2}\mathbf{\max}}\mathbf{= - 169,35\ }\frac{\mathbf{\text{kNm}}}{\mathbf{m}}$$


$$\mathbf{\text{MAX}}\left\{ \left| \mathbf{M}_{\mathbf{1}} \right|\mathbf{,}\left| \mathbf{M}_{\mathbf{2}} \right| \right\}\mathbf{= MAX}\left( \mathbf{146,42;169,35} \right)\mathbf{= 169,35}\frac{\mathbf{\text{kNm}}}{\mathbf{m}}$$

4.2. Wyznaczenie zagłębienia ścianki szczelnej


$$M_{\text{obl}} = 1,25*169,35 = 211,69\frac{\text{kNm}}{m}$$


t = 3, 74 + 0, 99 = 4, 73 m


t′=1, 2 * 4, 73 = 5, 676 m

5.0. WYMIAROWANIE ELEMENTOW ŚCIANKI

5.1. Brusy


$$\sigma = \frac{M_{\max}}{W_{x}} < f_{d}$$


$$M_{\max} = 238\ \frac{\text{kNm}}{m}$$

Przyjęto profile LARSSEN 603K


Wx = 1240 cm3


$$\sigma = \frac{21169}{1240} = 17,07\frac{\text{kN}}{\text{cm}^{2}} = 170,7MPa < 210MPa$$

Przyjęto stal St3S

5.2. Ściąg


$$\sigma = \frac{S^{'}}{F} = \frac{S^{'}}{\frac{\Pi d^{2}}{4}} \ll f_{d}$$


S = 116, 36kN  ∖ nl − rozstaw brusow        


l = 2, 4m


S′ = S * l = 2, 4 * 116, 36 = 279, 26kN

Przyjmujemy stal ST3S fd = 210MPa


$$\backslash n{d_{\min} = \sqrt{\frac{4*S^{'}}{f_{d}*\pi}}\backslash n}{d_{\min} = \sqrt{\frac{4*279,26}{21*3,14}} = 4,12cm\ }$$


przyjeto prety ⌀50

5.3. Kleszcze

Przyjmujemy stal ST3S fd = 210MPa

Rozstaw brusów l=2,4m

S’=279,26kN

Moment powstający w kleszczach:


$$M_{\max} = \frac{S^{'}*l^{2}}{10} = \frac{279,26*{2,4}^{2}}{10} = 160,85\ \frac{\text{kNm}}{m}$$

Wx dla kleszczy:


$${2*W}_{x,min} = \frac{M_{\max}}{f_{d}} = \frac{16085}{21} = 765,95\ \text{cm}^{3}$$


∖nWx, min=382, 98 cm3

przyjęto ceowniki (dwa cowniki 280) o Wx=448, 6 cm3

5.4. Śruby

Siła działająca w śrubie:

Rozstaw osiowy między śrubami r=1,2 m


$${S = \frac{S^{'}*r}{l}\backslash n}{S = \frac{279,26*1,2}{2,4} = 139,63\ kN\backslash n}{S_{\text{RT}} = min\left\{ \begin{matrix} 0,65*R_{m}*A_{s} \\ 0,65*R_{e}*A_{s} \\ \end{matrix} \right.\ \geq S}$$


$${R_{m} = 500MPa\backslash n}{R_{e} = 300MPa\backslash n}{A_{s} = \frac{S}{0,65*R_{m}} = \frac{139,63}{0,65*50} = 4,3\text{cm}^{2}\backslash n}{A_{s} = \frac{S}{0,65*R_{e}} = \frac{139,63}{0,65*30} = 7,16\text{cm}^{2}}$$

Wybrano śrubę M36 z łbem sześciokątnym o przekroju czynnym równym 8,17 cm2 klasy 5,6

5.5. Śruby rzymskie

Dla siły ściągu 279,26kN i średnicy ściągu ϕ50 dobrano śrubę rzymską o gwincie M68 o średnicy

wewnętrznej ϕ50 I średnicy zewnętrznej ϕ70

6. OBLICZENIA ZAKOTWIENIA ŚCIANKI

6.1. Przyjęcie wymiarów płyty

Przyjęcie parametrów gruntu zasypowego płyty:

(rys. pochodzi ze strony www.pg.gda.pl/~tbrzo)

Wymiary płyty 1,0x1,0x0,2 [m]


$${K_{a} = \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{\varphi}{2} \right) = \text{tg}^{2}\left( 45 - \frac{37}{2} \right) = 0,249\backslash n}{K_{p} = \text{tg}^{2}\left( 45 + \frac{\varphi}{2} \right) = \text{tg}^{2}\left( 45 + \frac{37}{2} \right) = 4,024\backslash n}{K_{\text{ph}} = n*K_{p} = 0,8*4,024 = 3,219\backslash n}{e_{a1} = 0,249*\left( \left( 18,5*1,5 \right) + 14 \right) = 10,4kPa\backslash n}{e_{a2} = 0,249*\left( \left( 18,5*2,5 \right) + 14 \right) = 15,0\ kPa\backslash n}{e_{p1} = 3,219*(\left( 18,5*1,5 \right) + 14) = 134,39\ kPa\backslash n}{e_{p2} = 3,219*(\left( 18,5*2,5 \right) + 14) = 193,94\ kPa\backslash n}{E_{a} = \frac{e_{a1} + e_{a2}}{2}*h*b = \frac{10,4 + 15,0}{2}*1*1 = 12,7\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{\frac{H}{h} = \frac{2,5}{1} = 2,5 \rightarrow \beta = 2,4 \rightarrow b_{z} = \beta*b = 2,4*1 = 2,4\ m\backslash n}{a = 2,4\ m\backslash n}{b_{z} = a = 2,4m\backslash n}{E_{\text{ph}} = \frac{e_{p1} + e_{p2}}{2}*h*a = \frac{134,39 + 193,94}{2}*1*2,4 = 394,0\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{warunek:\backslash n}{S \leq 0,8*E_{\text{ph}} - 1,2*E_{a}\backslash n}{S = 116,36\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{0,8*E_{\text{ph}} - 1,2*E_{a} = 0,8*394,0 - 1,2*12,7 = 299,96\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{116,36\frac{\text{kN}}{m} \leq 299,96\frac{\text{kN}}{m}}$$

Warunek spelniony.

6.2. Wyznaczenie długości ściagu

Przyjęto długość ściągu 8 metrów (rysunek w załączniku)


$${G_{1} = \left( 10,33m^{2}*20,30\frac{\text{kN}}{m^{3}} \right) + \left( 0,8m^{2}*18,5\frac{\text{kN}}{m^{3}} \right) + \left( 14,31m^{2}*5,26\frac{\text{kN}}{m^{3}} \right) + \left( 7,65m^{2}*5,51\frac{\text{kN}}{m^{3}} \right) = 341,88\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{G_{2} = \left( 3,84m^{2}*20,30\frac{\text{kN}}{m^{3}} \right) + \left( 0,76m^{2}*18,5\frac{\text{kN}}{m^{3}} \right) + \left( 6,69m^{2}*5,26\frac{\text{kN}}{m^{3}} \right) + \left( 6,06m^{2}*18,5\frac{\text{kN}}{m^{3}} \right) = 239,31\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{G_{3} = \left( 0,26m^{2}*18,5\frac{\text{kN}}{m^{3}} \right) = 4,81\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{P_{1} = 3,97m*14\frac{\text{kN}}{m^{2}} = 55,58\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{P_{2} = 3,92m*14\frac{\text{kN}}{m^{2}} = 54,88\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{P_{3} = 0,1m*14\frac{\text{kN}}{m^{2}} = 1,4\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{G_{1} + P_{1} = 341,88 + 55,58 = 397,46\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{G_{2} + P_{2} = 239,31 + 54,88 = 294,19\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{G_{3} + P_{3} = 4,81 + 1,4 = 6,21\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{E_{a}\left( p \right) = 12,7\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{E_{a} + E_{w} = 305,53\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}{C_{1} = \frac{0,1m}{sin(44,1)}*15\frac{\text{kN}}{m^{2}} = 2,16\frac{\text{kN}}{m}\backslash n}$$

7.0. ZAŁĄCZNIKI


Wyszukiwarka