Politechnika Wrocławska

Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

Laboratorium z Mechaniki Gruntów

Ćw projektowe nr 1

Osiadanie fundametów

Prowadzący:

1. Wstep

1.1.Podstawa formalna

Opracowanie zostalo wykonane zgodnie z normami:

PN-81 B-03020

PN-B -02479_1998

1.2. Przedmiot opracowania

Przedmiotowym obiektem jest budynek do 11 kondygnacji, posadowiony bezpośrednio na fundametach które stanowia plyta zelbetowa 6mx12m oraz ława fundamentowa 12mx1m wg zalaczonego rzutu.

1.3 Zakres opracowania

Obliczenie wielkości osiadan punktu srodkowego pyty fundamentowej „A”(II stan graniczny).

1.4. Niezbebne zalozenia

-parametry ustalono metoda B

-wyniki będą oceniane wg osiadań dopuszczalnych dla danej kategorii budynku zgodnie z PN-81 B-03020

1.5. Wykorzystane materialy

-A. Szymański „Mechanika Gruntów” SGGW, Warszawa 2007

-Z. Wiłun „Zarys Geotechniki” Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 2003

-PN-81 B-03020

-PN –B-02479

-Notatki z wykładu i zajęć projektowych

2. Ocena złożoności warunków wg PN-B-20479:1998

Projektowany obiekt jest to budynek do 11 kondygnacji. Wykop ma głębokość 3m wiec należy go odpowiednio zabezpieczyć lub odpowiednio wyprofilować krawędzie wykopu. ZWG znajduje się az na głębokości 6m, dlatego tez roboty ziemne powinny przebiegać bez potrzeby onizania zwierciadła wody gruntowej.

Przyjęto II kategorie geotechniczna z następujących przyczyn:

-duże obciążenie grunt fundamentami

-występowanie gruntów słabych: siCl, clSa

3 Opis warunków wodno-gruntowych

Grunt w którym nastąpi osiadanie składa się z 3 warstw z czego 2 tworza grunty spoiste, tracą one właściwości mechaniczne pod wpływem wody. Niestety w tym przypadku wystepuje pył ilasty o dość wysokim stopnu plastyczności co znacząco może wpłynąć na wielkość osiadań. Przyjęto ze wysokość podciągania kapilarngo dla piasku średniego wynosi 1 m a Sr w tej strefie wynosi 1.

Sybol gruntu wg ISO	grupa konsolida-cyjna	miąższość warstwy	Ic	IL=1-Ic	ID	stan wilgotnosci
siCl	B	4.4	0.55	0.45
Msa		5.8			0.38	w
clSa	B	2.4	0.3	0.7

4. Przyjecie parametrów geotechnicznych metodą B

Sybol gruntu wg ISO	ρ	ρs	Wn	β	M0	M
siCl	1.8	2.75	42	0.75	19000	25333.33
Msa	1.84	2.65	14	0.9	80000	88888.89
clSa	2.05	2.65	19	0.75	12500	16666.67

4.1 Obliczenie ciężaru objętościowego gruntów.

γ = ρ × g przykad dla siCl $\gamma = 1,8 \times 9,81 = 17,66\frac{\text{kN}}{m^{3}}$

$\rho_{d} = \frac{100 \times \rho}{100 + w}$ przykad dla sicl $\rho_{d} = \frac{100 \times 1,8}{100 + 42} = 1,27\frac{\text{kN}}{m^{3}}$

$n = \frac{\rho_{s} - \rho_{d}}{\rho_{s}}$ przykad dla siCl $n = \frac{2,75 - 1,27}{2,75}$ =0,539

γ_sr = ρ_d × g + n × ρ_w × g

przykad dla siCl $\gamma_{\text{sat}} = 1,27 \times 9,81 + 0,539 \times 1 \times 9,81 = 17,72\frac{\text{kN}}{m^{3}}$

γ′=ρ_d × g − (1 − n)×ρ_w × g

przykad dla siCl $\gamma' = 1,27 \times 9,81 - (1 - 0,539) \times 1 \times 9,81 = 7,91\frac{\text{kN}}{m^{3}}$

tabela z wynikami

Sybol gruntu wg ISO	γ [kN/m^3]	γ' [kN/m^3]	γsat [kN/m^3]	ρd [t/m^3]	n
siCl	17.66	7.91	17.72	1.27	0.539
Msa	18.05	9.85	19.66	1.61	0.39
clSa	20.11	10.52	20.33	1.72	0.349

5. Podział na warstwy

6.Wyznaczenie naprężeń od ciężaru gruntu

6.1 Wyznaczenie naprężeń pierwotnych w gruncie od ciężaru własnego σ_zγ

Z=0 σ_zγ=0

Z=3 σ_zγ=D* 17.66γ=52,98kPa

Z=3.7 σ_zγ=52,98+h₁*γ₁=52,98+0,7*17.66= 65.33kPa

Z=4,4m σ_zγ= 65.33 +h₂*γ₂= 65.33 +0,7*17.66=77,69kPa

Z=5,1 σ_zγ= 77,69+h₃*γ₃= 77,69+0,7*18.05=90.33kPa

Z=5,8 σ_zγ= 90.33+h₄*γ₄= 90.33+0,7*18.05=104.40 kPa

Z=6,8 σ_zγ= 104.40 +h₅*γ_sat,5= 104.40 +1*19.66=124.07 kPa

Z=7.65 σ_zγ= 124.07 +h₆*γ_sat,6= 124.07 +0,85*19.66=140.79kPa

Z=8.5 σ_zγ= 140.79+h₇*γ_sat,7= 140.79+0,85*19.66=157.51kPa

Z=9.35 σ_zγ= 157.51+h₈*γ_sat,8= 157.51+0,85*19.66=174.23kPa

Z=10.2 σ_zγ= 174.23+h₉*γ_sat,9= 174.23+0,85*19.66=190.95kPa

Z=11.4 σ_zγ= 190.95+h₁₀*γ_sat,10= 190.95+1,2*20.33=214.55kPa

Z=12.6 σ_zγ= 214.55+h₁₀*γ_sat,10214.55+1,2*20.33=238.15kPa

6.2 Wyznaczenie ciśnienia porowego u

γ_w=1kN/m³

Z=5,8 σ_zw=h_k*γ_w*g=1*1*9,81=-9,81 kPa

Z=6,8 σ_zw=0 kPa

Z=10,2 σ_zw= h_k*γ_w*g=3,4*1*9,81=33,35 kPa

Z=12.6 σ_zw= h_k*γ_w*g=5,8*1*9,81=56,90 kPa

6.3 Naprezenia efektywne σ’_zγ

σ’_zγ= σ_zγ – u

0≤z<5.8 σ’_zγ= σ_zγ

5,8≤z<12.6 σ’_zγ= σ_zγ – u

glebokosc	σzγ	u	σ'zγ
3	52,974	0	52,974
3,7	65,3346	0	65,3346
4,4	77,6952	0	77,6952
5,1	90,33048	0	90,33048
5,8	104,40783	-9,81	114,2178
6,8	124,076539	0	124,0765
7,65	140,794942	8,3385	132,4564
8,5	157,513344	16,677	140,8363
9,35	174,231747	25,0155	149,2162
10,2	190,95015	33,354	157,5961
11,4	215,349006	45,126	170,223
12,6	239,747862	56,898	182,8499

6.4 Wyznaczenie odciążenia przy pomocy MPN i naprężeń minimalnych

Wykonujemy wkop do głeokości 3m, naprężenia od gruntu do tej głębokości wynosza 52,974kPa ,o tą wartość będzie odciążony grunt . Poniższy rysunek przedstawia sposób pdziału na części wykopu. Z rysunku wynika ze η_I= η_II η_III= η_IV $\sigma_{\text{zq}} = \sum_{i = 1}^{\text{IV}}\mu_{i}*q$

q=52,974 kPa
obszar
L/B
glebokosc
3
3.7
4.4
5.1
5.8
6.8
7.65
8.5
9.35
10.2
11.4
12.6

7. Wyznaczenie naprężeń od obciążenia zewnętrznego

7.1 Wyznaczenie naprężeń od obciążenia fundamentem pod punktem A przy pomocy MPN

$$\sigma_{\text{zq}} = \sum_{i = 1}^{\text{IV}}\mu_{i}*q$$

η_I= η_II= η_III= η_IV $\sigma_{\text{zq}} = \sum_{i = 1}^{\text{IV}}\mu_{i}*q$

q=340 kPa
obszar
L/B
glebokosc
3
3,7
4,4
5,1
5,8
6,8
7,65
8,5
9,35
10,2
11,4
12,6

7.2 Wyznaczenie naprężeń pod punktem A od sąsiedniego funda mętu przy pomocy MPN

σ_zq = (μ_I − μ_II)*q

q=280kPa
obszar
L/B
glebokosc
3
3,7
4,4
5,1
5,8
6,8
7,65
8,5
9,35
10,2
11,4
12,6

7.3 Zestawienie naprężeń zewnętrznych

zestawienie napręzeń
glebokość
3
3.7
4.4
5.1
5.8
6.8
7.65
8.5
9.35
10.2
11.4
12.6

8. Naprężenia pierwotne σ_zs ,wtórne σ_zd

naprężenia wtórne i perwotne
głebokość
3
3.7
4.4
5.1
5.8
6.8
7.65
8.5
9.35
10.2
11.4
12.6

9. wyznaczenie średnich naprężeń w poszczególnych warstewkach gruntu.

nr warstwy	śr σzs	śr σzd
1	52.94	286.19
2	52.70	280.27
3	51.99	265.42
4	50.69	243.09
5	48.33	211.88
6	45.22	178.77
7	42.05	151.83
8	38.85	128.83
9	35.76	109.61
10	32.33	91.12
11	28.71	73.80

10. Określenie głębokości strefy aktywnej

Strefa aktywna sięga 12,6m od PT z powodu zalegającej tam skały, nie można przyjać strefy aktywnej mniejszej ponieważ dla warstewki 11 σ_zq11>0,2* σ_{zq max} 93,256>0,2*340=68 kPa

11.Obliczenie osiadań

11.1 Osiadanie i-tej warstwy

Zastosowana została metoda normowa, od odkształceń jednoosiowych, oparta na analogu enometrycznym.

Osiadanie pierwotne

$$s^{'}i = \frac{\sigma_{\text{zdi}}}{M_{0i}}$$

przykładowe obliczenia

warstwa 1 ${s^{'}}_{1} = \frac{286,19}{19000}$=0,010543m

warstwa 2 ${s^{'}}_{1} = \frac{280,27}{19000}$=0,0103255m

$$s^{''}i = \frac{\sigma_{\text{zsi}}}{M_{i}}$$

przykładowe obliczenia

warstwa 1 ${s^{''}}_{1} = \frac{52.94}{25333}$=0,001463m

warstwa 2 ${s^{'}}_{1} = \frac{52.70}{25333}$=0,001456m

osiadania
nr warstwy
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

11.2 Osiadanie punktu A

$$S_{A} = \sum_{i = 1}^{11}{{S'}_{i} + {S''}_{i}}$$

	osiadanie [m]
wtórne	0.010214
pierwotne	0.049846
SA	0.06006

12 Sprawdzenie II warunku stanu granicznego

Przy sprawdzaniu II stanu granicznego musi być spełniony warunek S_obl<S_dop

Według normy PN-B-20479:1998 dla budynku do 11 kondygnacji(tab 4) S_dop=7cm

S_obl<S_dop S_obl=6,006cm<S_dop=7cm

ten warunek jest spełniony.

13. Wnioski

W tym przypadku osiadanie nie zagraża bezpieczeństwu użytkowania ponieważ warunek jest spełnony, moglo by się to zmienić w przypadku podniesienia się poziomu wód gruntowych które znacząco wpływaja na konsystencje/stan gruntu a co za tym idzie endometryczny moduł ściśliwości. Niespełnienie II warunku może zagrozić bezpieczeństwu użytkowania budynku. Nadmierne osiadanie może doprowadzić do zbyt dużych odkształceń konstrukcji co pogorszy jej walory estetyczne i spowoduje pojawianie się rys oraz pęknięć wewnątrz budynku oraz na elewacjach a nawet powodując w niej nieprzewidziane naprężenia może doprowadzić do jej zniszczenia. Przeciwdziałać można temu poprzez posadowienie na palach odwodnienie terenu poprzez drenaż, lub wymiane słabonośnego gruntu.