ŚCIANKA SZCZELNA Projekt

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

PROJEKT ŚCIANKI SZCZELNEJ

Grupa

Funkcja	Tytuł naukowy	Imię i Nazwisko	Data	Podpis
Projektant
Weryfikator

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

Termin oddania

Bieżące zaawansowanie

Obrona

Opis Techniczny

Obliczenia

Rysunki techniczne

Pkt.

Max

10 pkt.

20 pkt.

10 pkt.

35 pkt.

15 pkt.

100 pkt.

Spis treści:

Opis techniczny.
Ustalenie parametrów geotechnicznych.
1. Parametry charakterystyczne.
2. Ciężar gruntu.
Parcie gruntu.
1. Współczynniki parcia i odporu:
2. Parcie jednostkowe gruntu.
Odpór gruntu.
1. Wartości jednostkowe odporu gruntu.
2. Składowa pozioma odporu gruntu.
3. Wartości parcia wody (przyjęto dla uproszczenia brak przepływu wody pod ścianką).
4. Wypadkowa jednostkowych: parcia i odporu.
5. Wypadkowa parcia i odporu.
6. Ramie działania siły wypadkowej względem punktu zaczepienia ściągu.
Obliczenie zagłębienia ścianki
1. Równanie odporu efektywnego (pomniejszonego o parcie).
2. Równanie wypadkowej odporu.
3. Warunek zerowania się momentów.
4. Wartość wypadkowej odporu efektywnego.
Obliczenie siły w ściągu.
Wyznaczenie momentu maksymalnego.
1. Równanie sił tnących.
2. Wartość maksymalnego momentu zginającego w ściance.
Dobranie profilu ścianki.
Zagłębienie ścianki w gruncie poniżej dna basenu.
Wymiarowanie ściągu.
Wymiarowanie kleszczy.
Wymiarowanie śrub.
Wymiarowanie śrub rzymskich.
Wymiarowanie buławy iniekcyjnej.

1.Opis techniczny.

Podstawa opracowania.

Projekt został opracowany na zlecenie Katedry Geotechniki Politechniki Gdańskiej w ramach zajęć projektowych z fundamentowania. Podstawą projektu jest temat nr 3 oraz obowiązujące normy budowlane.

Przedmiot i zakres opracowania.

Przedmiotem opracowania jest ścianka szczelna jednokrotnie zakotwiona dla zadanych warunków gruntowych. Projekt zawiera:

Ustalenie parametrów geotechnicznych
Obliczenia statyczne ścianki
Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe i zwymiarowanie elementów ścianki

Wykorzystane materiały.

Normy budowlane oraz pomoce dydaktyczne udostępnione przez pracowników PG

Warunki gruntowe.

Piasek średni do głębokości 8m
Glina piaszczysta od głębokości 8m do 10,1m
Piasek gruby od głębokości 10,1m

Zwierciada wód podziemnych:

Po stronie skarpy na głębokości 1,9m
Po stronie nieobciążonej na głębokości 1,7m

Opis konstrukcji.

Konstrukcja została zaprojektowana jako konstrukcja pracująca od obciążenia parciem gruntu, jego odporem, parciem wód podziemnych oraz obciążeniem działającym na powierzchni naziomu. Na naziomie ścianka jest obciążona siłą równomiernie rozłożoną 16 kPa. Wysokość naziomu wynosi 8m. Zaprojektowano ściankę o wysokości 14,4 m, jednokrotnie zakotwioną iniekcyjnie na wysokości 2m od naziomu.

Opis poszczególnych elementów konstrukcji.

Brusy - profil PU8 o szerokości 1,2 m ze stali St3S.
Kleszcze – 2 ceowniki 200 ze stali St3S.
Ściąg - pręty stalowe ze stali St3S o średnicy 45 mm.
Śruba rzymska – śruba o gwincie M68 i średnicy 45mm.
Śruby łączące - śruba M42 ze stali St3S
Buława iniekcyjna - buława iniekcyjna o długości 5m i średnicy zewnętrznej 30 cm

2.Ustalenie parametrów geotechnicznych (PN-81 03020)

2.1.Parametry charakterystyczne

Nr warstwy	Rodzaj gruntu	I_D/I_L	ρ_s⁽ⁿ⁾	ρ ⁽ⁿ⁾ g. wilgotny	ρ ⁽ⁿ⁾ g. mokry	w⁽ⁿ⁾ g. wilgotny	w⁽ⁿ⁾ g. mokry	φ⁽ⁿ⁾	c_u⁽ⁿ⁾
		[-]	[kg/m³]	[kg/m³]	[kg/m³]	[%]	[%]	[ °]	[kPa]
I	P_s	0,34	2,65	1,85	2,00	14	22	32	-
II	P_s	0,55	2,65	1,85	2,00	14	22	33	-
III	G_p	0,1	2,67	2,20	-	12	-	20	19
IV	P_r	0,72	2,65	1,90	2,05	12	18	34	-

2.2.Ciężar gruntu:

$$n = \frac{\gamma_{s}*\left( 1 + w \right) - \gamma}{\gamma_{s}*(1 + w)}$$

γ^′ = (1−n) * (γ_s − γ_w) [kN/m³]

Nr warstwy	γ_s⁽ⁿ⁾	γ⁽ⁿ⁾	γ⁽ⁿ⁾’	γ_s^(r)	γ^(r)	γ^(r)’
	[kN/m³]	[kN/m³]	[kN/m³]	[kN/m³]	[kN/m³]	[kN/m³]
I	26,00	19,62	10,00	23,40	17,66	9,01
II	26,00	19,62	10,00	23,40	17,66	9,01
III	26,19	21,58	-	23,57	19,42	-
IV	26,00	20,11	10,61	23,40	18,1	9,55

3.Parcie gruntu.

3.1.Współczynniki parcia i odporu:

Przyjęto: dla piasków δ_p= -φ/2 , dla gliny δ_p= -φ

$$K_{a} = \text{tg}^{2}(45 - \frac{\varnothing}{2})$$

$$K_{p} = \frac{\cos^{2}\varnothing}{\cos\delta_{p}*\left\lbrack 1 - \sqrt{\frac{(\sin\left( \varnothing - \delta_{p} \right)*sin\varnothing}{\cos\delta_{p}}} \right\rbrack^{2}}$$

K_p^′ = η * K_p

Nr warstwy	φ⁽ⁿ⁾	K_a	K_p	η	K_p’
I	32	0,307	5,774	0,85	4,908
II	33	0,295	6,243	0,85	5,306
III	20	0,490	3,525	0,7	2,467
IV	34	0,283	6,767	0,85	5,752

3.2.Parcie jednostkowe gruntu. (wstępne zagłębienie przyjęto na 4m)

e_i		[kPa]
e_a1d	q*K_{a I}	4,91
e_a2	(q+h₁* γ _I)*K_{a I}	15,21
e_a3g	(q+h₁* γ _I+h₂* γ’_I)*K_{a I}	19,64
e_a3d	(q+h₁* γ _I+h₂* γ’_I)*K_{a II}	18,87
e_a4g	(q+h₁* γ _I+h₂* γ’_Ih₃ γ’_II)*K_{a II}	30,83
e_a4d	(q+h₁* γ _I+h₂* γ’_Ih₃ γ’_II)K_{a III}-2c_u*$\sqrt{K_{\text{III}}}$	24,62
e_a5	(q+h₁* γ _I+h₂* γ’_Ih₃ γ’_IIh₄ γ _III)K_{a III}-2c_u*$\sqrt{K_{\text{III}}}$	40,79
e_a6g	(q+h₁* γ _I+h₂* γ’_Ih₃ γ’_IIh₄ γ _III+h₅* γ _III)K_{a III}-2c_u*$\sqrt{K_{\text{III}}}$	44,60
e_a6d	(q+h₁* γ _I+h₂* γ’_Ih₃ γ’_IIh₄ γ _III+ h₅* γ _III)*K_{a IV}	41,12
e_a7g	(q+h₁* γ _I+h₂* γ’_Ih₃ γ’_IIh₄ γ _III+ h₅* γ _III +h₆* γ’ _IV)*K_{a IV}	46,26

4.Odpór gruntu.

4.1.Wartości jednostkowe odporu gruntu.

e_i		[kPa]
e_p4d	0	0
e_p5	h₄* γ _IIIK_p’_III+c_u$\sqrt{K_{\text{III}}}$	105,63
e_p6g	(h₄* γ _III+h₅* γ _III)K_p’_III+c_u$\sqrt{K_{\text{III}}}$	130,49
e_p6d	(h₄* γ _III+h₅* γ _III)*K_p’_IV	234,62
e_p7g	(h₄* γ _III+h₅* γ _III+h₆* γ’ _IV)*K_p’_IV	338,99

4.2.Składowa pozioma odporu gruntu:

e_i	δ_p	[kPa]
e_ph4d	-φ	0
e_ph5	-φ	99.26
e_ph6g	-φ	122,62
e_ph6d	-φ	224,37
e_ph7g	-φ/2	324,18

4.3.Wartości parcia wody (przyjęto dla uproszczenia brak przepływu wody pod ścianką).

e_i		[kPa]
e_w1	0	0
e_w2	0	0
e_w3	9,81*h₂	15.7
e_w4	9,81*(h₂+h₃)	59.84
e_w5	9,81*(h₂+h₃+h₄)	76.52
e_w6	9,81*(h₂+h₃+h₄)	76.52
e_w7	9,81*(h₂+h₃+h₄)	76.52

4.4.Wypadkowa jednostkowych: parcia i odporu.

e_i		[kPa]
e₁	4,91	4,91
e₂	15,21	15,21
e_3g	19,64+15,7	35,34
e_3d	18,87+15,7	34,57
e_4g	30,83+59,84	90,67
e_4d	24,62+59,84	84,46
e₅	40,79+76,52-99,26	18,05
e_6g	44,60+76,52-122,62	-1,05
e_6d	41,20+76,52-224,37	-106,65
e_7g	46,28+76,52-324,18	-201,38

4.5.Wypadkowa parcia i odporu

E_i		[kN/m]
E₁	(4,91+15,21)/2*1,9	19,11
E₂	(15,21+35,21)/2*1,6	40,44
E₃	(34,57+90,67)/2*4,5	281,79
E₄	(84,46+18,05)/2*1,7	87,13
E₅	18,05/2*0,37	3,34
E₆	1,5/2*0,03	0,20

4.6.Ramie działania siły wypadkowej względem punktu zaczepienia ściągu.

r_i		[m]
r₁	[(24,91+15,21)/(4,91+15,21)1,9/3]+0,1	0,888
r₂	[(15,21+235,21)/(15,21+35,21)1,7/3]-0,1	0,862
r₃	[(34,57+290,67)/(34,57+90,67)4,5/3]+1,6	4,186
r₄	[(84,46+218,05)/(84,46+18,05)1,7/3]+6,1	6,766
r₅	(0,37/3)+7,8	7,923
r₆	(0,03/3)+8,17	8,180

5.0.Obliczenie zagłębienia ścianki

5.1.Równanie odporu efektywnego (pomniejszonego o parcie):

e₇’ (t)=106,65+[(201,38-106,65)/(4-2,1)*(t)]=106,65+49,86*(t) [kPa]

5.2.Równanie wypadkowej odporu:

E₇’(t)=(106,65+106,65+49,86*(t))/2*(t)=106,65*(t)+24,93*(t)² [kN/m]

r₇(t)=[106,65+2*(106,65+49,86*(t))]/[106,65+106,65+49,86*(t)]*(t)/3=

[319,95*(t)+99,72*(t)²]/[639,9+149,58*(t)] [m]

5.3.Warunek zerowania się momentów.

Potrzebne zagłębienie ścianki zostanie wyznaczone z równowagi momentów względem punktu zaczepienia ściągu (ΣM = 0)

ΣM=0 (19,11*0,888)-(40,44*0,862)-(281,79*4,186)-(87,13*6,766)-(3,34*7,923)+(0,20*8,180)+

213,3*(t)+49,86*(t)²*[319,95*(t)+99,72*(t)²]/[639,9+149,58*(t)] [m]

t=2,97 [m]

5.4.Wartość wypadkowej odporu efektywnego:

E(t)=536,63 kN/m

6.Obliczenie siły w ściągu.

Wartość siły w ściągu S wyznaczona zostanie z równowagi sił poziomych (ΣX = 0):

S=19,11+40,44+281,79+87,13+3,34-0,20-536,63=104,84 [kN/m]

7.Wyznaczenie momentu maksymalnego

W celu określenia wartości maksymalnego momentu zginającego M_max należy znaleźć miejsce

zerowania się sił tnących w ściance - T(y) = 0.

T₃=-19,11-40,44+104,84=45,28 > 0 [kN/m]

T₄=-19,11-40,44+104,84-281,79=-236,51 < 0 [kN/m]

Miejsce zerowania się sił tnących znajduje się pomiędzy punktami 3 i 4.

Równanie parcia gruntu i wody pomiędzy punktami 3 i 4:

e_3-4=34,57+(90,67-34,57)/4,5*y=34,57+12,47y [kPa]

E_3-4=(34,57+34,57+12,47y)/2*y=34,57y+6,235y² [kN/m]

7.1.Równanie sił tnących.

T₃=-19,11-40,44+104,84-34,57y-6,235y²=0

6,235y²+34,57y-45,29=0 [kN/m]

y=1,09 [m]

e(y)=48,16 [kPa]

E(y)=45,09 [kN/m]

r(y)= (2*34,57+48,16)/(34,57+48,16)*1,09/3=0.51 [m]

7.2.Wartość maksymalnego momentu zginającego w ściance.

M_max=-(19,11*3,478)+(104,84*2,69)-(40,44*1,828)-(45,09*0,51)=118,63 [kNm/m]

8.Dobranie profilu ścianki.

Wartość obliczeniowa momentu.

M_obl=1,25*118,63=148,28 [kNm/m]

przyjęto stal St3S → f_d = 225 [MPa]

potrzebny wskaźnik wytrzymałości:

W>M_obl/f_d=659 [cm³/m]

Przyjęto profil PU8 o W_X = 830 [cm³/m] > 659 [cm³/m]

Pozostałe parametry profilu: J = 11620 cm⁴/m, A = 116 cm²/m

9.Zagłębienie ścianki w gruncie poniżej dna basenu:

t_B = 2,1 + 2,97 = 5,07 [m]

Zagłębienie ścianki przyjęte do wykonania:

t = 1.25*t_B = 1.25*5,07 = 6,38 [m] → przyjęto t = 6,4 [m]

10.Wymiarowanie ściągu

S^r=1,25*S=131 [kN/m]

Siła w pojedynczym ściągu:

S’^r=S^r*r_s

S’^r=131*2,4=314,4 [kN]

Przyjęto pręty stalowe ze stali St3S o średnicy 45 mm.

A=15,9 [cm²]

σ=314,4/15,9=197,7 [MPa]

f_d=225 > 197,7 [MPa]

11.Wymiarowanie kleszczy

Przyjęto rozstaw ściągów co 2,4 m ( 2 moduły brusów )

M_max=0,1*S*r²

M_max =0,1*131*(2,4)²=75,45 [kNm/m]

W>M_max/f_d

przyjęto stal St3S → f_d = 225 [MPa]

M_max/f_d=75,45/0,225=335,36 [cm³]

W_X=0,5W_2X=167,68 [cm³]

Przyjęto ceownik 200 o W_X=191 [cm³]

12.Wymiarowanie śrub.

Rozstaw brusów – 120 cm

S_s=1,2*S=1,2*131=157,2 [kN]

S_Rt= 0,65*R_m*A_s

0,85*R_e*A_s

R_m=360 [MPa]

R_e=225[MPa]

0,65*R_m>0,85*R_e

Przyjęto śrubę M42

A=11,2 cm²

S_Rt=0,85*225*1,12=214,2 > 157,2 [kN]

13.Wymiarowanie śrub rzymskich.

Względem dobranego ściągu dobrano śruby rzymskie o gwincie M68 i średnicy 45mm, przenoszące siłę 340 kN.

14.Wymiarowanie buławy iniekcyjnej.

N^w=1,5*S^w*A_s*t^(r)_śr

Buławę zainiektowano pod kątem 20° od poziomu w dół w odległości 6 m
Na głebokości zakotwienia wartość jednostkowego granicznego oporu gruntu wzdłuż pobocznicy pala wynosi średnio t^(r)=51,79 [kPa].

Przyjęto buławę iniekcyjną o długości 5m i średnicy zewnętrznej 300 mm

A=2*π*0,15*5=4,71 [m²]

S^w=1

N^w=1,5*1*4,71*51,79=366,08 < 314,4 [kN]

Wyszukiwarka