UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO – PRZYRODNICZY

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

Katedra Geotechniki

Ćwiczenie projektowe z przedmiotu Fundamentowanie

TEMAT: PROJEKT POSADOWIENIA BEZPOŚREDNIEGO

M.

Zestawienie cech fizycznych i mechanicznych gruntów.

Parametry geotechniczne ustalono metodą B na podstawie rodzaju lub kategorii gruntu oraz stopnia zagęszczenia I_D lub stopnia plastyczności I_L.

Ze względu na występowanie w strefie posadowienia gruntu organicznego (H/Pd), należy ten grunt zdjąć i wymienić ponieważ jest to grunt nienośny. Grunt ten zostanie wymieniony na piasek drobny oraz warstwami zagęszczony wibracyjnie do I_D=0,60.

Do celów obliczeniowych, tzn. do obliczeń ciężaru gruntu zalegającego na fundamencie dla warstwy geotechnicznej – Piasek drobny (Pd) przyjęto I_D=0,60

W obrębie warstwy geotechnicznej –Piasek średni (Ps) występuje woda gruntowa, która dzieli warstwę na dwa przedziały (względem stanu wilgotnościowego)-warstwę wilgotną oraz mokrą (nawodnioną). Do obliczeń przyjmiemy gęstość obliczeniową danej warstwy na podstawie średniej ważonej przedziału wilgotnego o miąższości 1,9m oraz o gęstości ρ= 1,85 t/m³ oraz nawodnionego o miąższości 0,6m oraz o gęstości ρ= 1,02 t/m³.

Średnią ważoną obliczymy ze wzoru:

Zestawienie cech fizycznych i mechanicznych gruntów zamieszczono w tabeli na str. 15.

Wybór i uzasadnienie głębokości posadowienia.

Na wybór głębokości posadowienia miały wpływ następujące czynniki:

• Projektowana jest ława fundamentowa pod ścianę murowaną;

• Budynek jest niepodpiwniczony;

• Woda gruntowa znajduje się na głębokości 2,5 m p. p. t. ;

• Zagłębienie podstawy fundamentu w stosunku do powierzchni przyległego terenu nie powinna być mniejsza niż 0,5m;

• Warstwa piasku średniego zalegająca na głębokości 0,6-3,1m p. p. t. nie jest gruntem wysadzinowym;

• Budynek nie jest usytuowany na zboczu ani w jego pobliżu;

• Obok budynku, w najbliższym czasie, nie przewiduje się nasypów, wykopów ani dodatkowych obciążeń;

• Podczas eksploatacji nie przewiduje się działania obciążeń dynamicznych;

• Poniżej warstwy Ps znajdują się słabsze warstwy z gruntu spoistego (B i D).

WNIOSEK:

Projektowaną ławę fundamentową posadowiono na głębokości 0,6m. Wybrano taką głębokość posadowienia głównie z tego powodu, iż ława posadowiona na piasku średnim, będzie zabezpieczona od niekorzystnego wpływu sił wysadzinowych – nie ma potrzeby aby osadzać fundament głębiej. Do głębokości 0,6m występuje humus, jest to grunt nienośny dlatego nie można w nim posadowić fundamentu.

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

Rodzaj fundamentu: ława fundamentowa

W obliczeniach ław fundamentowych zakłada się na ogół, że ich długość l→ ∞ i obliczenia przeprowadza się rozpatrując 1m długości.

Wstępnie przyjęto szerokość ławy B=1,2m

N_k = 250 kN B=1,2m

M_k = 0 kNm l=1,0m

e_B = 0 m D=0,6m

N = N_k + N_G+F

N = N_k + N_G+F

N_G+F = D · B · l · ρ_G+F · g

N_G+F = 0,6 · 1,2 · 1,0 · (·1,1) · 10

N_G+F = 13,07 kN

N_n = 250 + 13,07 = 263,07 kN

N_r = 263,07 · 1,2

N_r = 315,68 kN

$q_{n} = \frac{N_{n}}{B\ \bullet L} = \ \frac{263,07}{1,2\ \bullet 1,0} = 219,23\ kPa\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ $ $q_{r} = = \frac{N_{r}}{B\ \bullet L} = \ \frac{315,68}{1,2\ \bullet 1,0} = 263,07kPa$

Ustalenie jednostkowego oporu obliczeniowego podłoża z uwzględnieniem poszczególnych warstw.

• Warstwa piasku średniego (P_s)

I_D = 0,38; B = 1,2m; l = 1,0m; D_min= 0,6m, c_u = 0 (grunt niespoisty);

Φ⁽ⁿ⁾ = 32,3° N_D = 24,05

N_C = 36,44

N_B = 10,94

Obliczenia I SGN

Przy sprawdzeniu I-go stanu granicznego fundamentów pasmowych – ław fundamentowych (L>5B), posadowionych na gruncie niespoistym, którego parametry geotechniczne ustalono metoda B, stosujemy poprawkę do normy i warunek nośności przyjmuje postać:

q_rs ≤ m · γ_m · q_f gdzie:

m=0,81

γ_m=0,75

Przy ustaleniu jednostkowego oporu obliczeniowego podłoża wykorzystano wzór (Z1-10)-Załącznik 1 do PN-81/B-03020 punkt 3.

$$\ = \left( 1 + 0,3\frac{B}{\ L} \right) \bullet N_{c} \bullet c_{u}^{\left( r \right)} + \left( 1 + 1,5\frac{B}{\ L} \right) \bullet N_{D} \bullet {D_{\min} \bullet \rho}_{D}^{\left( r \right)} \bullet g + \left( 1 - 0,25\frac{B}{\ L} \right) \bullet N_{B} \bullet {B \bullet \rho}_{B}^{\left( r \right)} \bullet g$$

Wg normy PN-81/B-03020, dla fundamentów pasmowych posadowionych na gruncie niespoistym podstawiamy do wzoru (Z1-10) charakterystyczne wartości parametrów ϕ_u⁽ⁿ⁾, ρ_D⁽ⁿ⁾, ρ_B⁽ⁿ⁾  w miejsca występujących w tych wzorach wartości obliczeniowych ϕ_u^(r), ρ_D^(r), ρ_B^(r)  oraz przyjmujemy $\frac{B}{l} = 0$

Warunek I stanu granicznego dla ławy o szerokości B=1,2m został spełniony.

Sprawdzamy czy dla ławy o szerokości B=1,1m zostanie również spełniony warunek I stanu granicznego.

N_k = 250 kN B=1,1m

M_k = 0 kNm l=1,0m

e_B = 0 m D=0,6m

N = N_k + N_G+F

N = N_k + N_G+F

N_G+F = D · B · l · ρ_G+F · g

N_G+F = 0,6 · 1,1 · 1,0 · (1,65·1,1) · 10

N_G+F = 11,98 kN

N_n = 250 + 11,98 = 261,98 kN

N_r = 261,98 · 1,2

N_r = 314,38 kN

$q_{r} = = \frac{N_{r}}{B\ \bullet L} = \ \frac{314,38}{1,1\ \bullet 1,0} = 285,8kPa$

Warunek I stanu granicznego dla ławy o szerokości B=1,1m nie został spełniony.

WNIOSEK: Do dalszych obliczeń przyjmujemy szerokość ławy B=1,2m

• Warstwa gliny pylastej (G_π)

I_L = 0,34; Kat. B; B = 1,2m; l = 1,0m; D’_min= 3,1m; c_u^(r) = 27·0,9=24,3 kPa;

Φ^(r) = 14,13° N_D = 3,64

N_C = 10,45

N_B = 0,49

Przyjęto $\frac{B'}{l^{'} = 0}$, wzór na opór podłoża:

Warunek I stanu granicznego został spełniony.

• Warstwa iłu pylastego (I_π)

I_L = 0,42; Kat. D; B’ = 2,87m; l’ = 1,0m; D’’_min= 4,2; c_u^(r) = 39·0,9=35,1 kPa;

Φ^(r) = 6,66° N_D = 1,83

N_C = 7,04

N_B = 0,07

Przyjęto $\frac{B''}{l^{''} = 0}$, wzór na opór podłoża:

Warunek I stanu granicznego został spełniony.

• Warstwa gliny piaszczystej zwięzłej (G_pz)

I_L = 0,39; Kat. A; B’’ = 3,15 m; l’’ = 1,00 m; D’”_min= 5,1; c_u^(r) = 32·0,9=28,8 kPa;

Φ^(r) = 16,38° N_D = 4,50

N_C = 11,90

N_B = 0,77

Przyjęto $\frac{B'''}{l^{'''} = 0}$, wzór na opór podłoża:

Warunek I stanu granicznego został spełniony.

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

• Naprężenia pierwotne

H = 0,0m; Z = -0,6m;

H = 0,6m; Z = 0,0m;

H= 2,5m; Z = 1,9m;

H = 3,1m; Z = 2,5m;

H = 4,2m; Z = 3,6m;

H = 5,1m; Z = 4,5m;

H = 5,4m; Z = 4,8m;

H = 8,5m; Z = 7,9m;

H = 10,0m; Z = 9,4m;

• Naprężenia wtórne

Współczynnik rozkładu naprężeń η_s wyznaczono wg rys. Z2-13 załącznika 2 do normy PN-81/B-03020.

$\text{\ \ }\frac{L}{B} = \infty$

• Naprężenia dodatkowe

gdzie

Stąd

• Naprężenia całkowite

Wykresy i zestawienie tabelaryczne naprężeń zamieszczono na str. 16.

Obliczenie osiadania fundamentu.

Założono, że czas wznoszenia budowli jest dłuższy niż 1 rok. W związku z tym uwzględniono w obliczeniach osiadanie wtórne (λ = 1).

Dla budowli których okres wznoszenia-do stanu surowego nie trwa dłużej jak rok (λ = 0). Uważam że wartość λ powinno przyjmować się mniejsze od 1(nie równą 0) gdy okres wznoszenia trwa np. 10 miesięcy. Dla ułatwienia można by podzielić rok na kwartały i w zależności od tego przyjmować λ.

Oznaczenia:

s_i – osiadanie i-tej warstwy

s’_i – osiadanie pierwotne i-tej warstwy

s’’_i – osiadanie wtórne i-tej warstwy

M_oi – moduł ściśliwości pierwotnej [MPa]

M_i – moduł ściśliwości wtórnej [MPa]

s_i = s’_i+ s’’_i

s’_i =

s’’_i =

Warstwy o grubości większej niż połowa szerokości B, tj. 0,5*1,2=0,60m, fundamentu należy dzielić dodatkowo na części o grubości nie przekraczającej 0,5B tj. 0,60m.

Wartość dopuszczalną S_dop przyjęto z tablicy 4 normy PN-81/B-03020

Przyjęto S_dop jak dla hal przemysłowych równą 5cm.

Osiadanie fundamentu nie przekracza wartości dopuszczalnej

Osiadanie fundamentów zamieszczono w tabeli na str. 17.

Uzasadnienie kategorii gruntów spoistych.

Początek plejstocenu (okres czwartorzędu) przyniósł za sobą zdecydowane ochłodzenie klimatu w północnej Skandynawii oraz obniżeniu, które współcześnie zajmuje Bałtyk, zaczął gromadzić się śnieg, przekształcając się stopniowo w lód. W związku z występującym spadkiem terenu ku południowi, ukształtowany lądolód nasuwał się stopniowo na tereny dzisiejszej Polski. Na dany obszar lądolód nachodził kilkakrotnie i sięgał do podnóża Karpat i Sudetów.
W plejstocenie na naszych ziemiach wystąpiły co najmniej cztery zlodowacenia (glacjały) i trzy okresy międzylodowcowe (interglacjały) trwające stosunkowo krótko, o klimacie niekiedy cieplejszym niż obecnie. Lądolód przemieszczał się całą szerokością, ścinając większe wyniosłości i wypełniając materiałem morenowym zaklęsłości terenu. Niejednokrotnie masa lodowca powodowała pofałdowanie podłoża i wypiętrzenie warstw gruntowych lub porwanie części podłoża, tzw. porwaki np. iłów trzeciorzędowych, pozostawiając po sobie przetworzony krajobraz. Zdolności transportujące lodowca są ogromne. Lodowiec podczas nachodzenia pcha przed sobą i miażdży napotkany materiał. Wysokość nasuwającego się lodowca wynosiła od 500 do 1000m, co wywierało na podłoże gruntowe nacisk do 10MPa, a więc znacznie większy niż naciski od obecnych budowli.
Glina piaszczysta zwięzła (G_pz) występująca pod iłem pylastym( I_π) jest prawdopodobnie utworem morenowym nachodzącego lodowca, a przemieszanie z piaskiem może pochodzić z materiałów zebranych i zmiażdżonych przez lodowiec podczas nachodzenia i pozostawionych w okresie interglacjału. Kolejne nadejścia lodowca powodowały zgarnianie i fałdowanie osadów morenowych poprzedniego zlodowacenia. Jednocześnie lodowiec niósł ze sobą kolejną warstwę utworów moreny dennej w postaci gliny pylastej(G_π). W okresie ocieplenia lodowce topniały, odkładając zwarte w nich masy skalne: głazy narzutowe, gliny zwałowe, porwaki iłów, piaski, żwiry, działalność erozyjna wiatru i wód wypływających z lodowca powodowała zabieranie drobnych materiałów moreny czołowej i utworów pozostawionych przez lodowiec i osadzaniu ich na utworach moreny dennej. Tak mogła powstać warstwa piasku średniego (P_s). ). Koniec zlodowacenia rozpoczyna okres holocenu. Ocieplenie się klimatu sprzyjało pojawianiu się roślinności. Na przestrzeni setek lat, podczas procesów gnilnych roślinności oraz obumarłej substancji organicznej powstała warstwa humusu.

W rozpatrywanym przekroju geologicznym trzy warstwy zaliczamy do gruntów spoistych. Na głębokości 3,1m występuje Glina pylasta o stopniu plastyczności I_L=0,34 i o miąższości 1,1m. Dla tej warstwy przyjęto kategorie B, co wynika z tego, że jej geneza wiąże się z jednym z młodszych zlodowaceń. Wnioskuję, że jest gruntem spoistym morenowym, nieskonsolidowanym. Dla warstwy iłu pylastego o stopniu plastyczności I_L=0,42 i o miąższości 0,9m przyjęto kategorie D. Według PN-81/B-03020 wszystkie iły niezależnie od pochodzenia geologicznego zalicza się do kategorii D. Dla gliny piaszczystej zwięzłej (G_pz) o stopniu plastyczności  I_L =0,39 i miąższości 3,4m przyjęto kategorię A. Jego geneza wiążę się z jednym z starszych zlodowaceń. Przyjmuję że jest gruntem spoistym morenowym, skonsolidowanym. Dlatego też przyjęto, że jest to grunt kategorii A.

Podsumowanie i wnioski końcowe.

Zaprojektowano ławę fundamentową na podstawie normy PN-81/B-03020 o szerokości B =1,2 m, którą posadowiono na głębokości D = 0,6 m. Na szerokość ławy wpłynęły następujące warunki:

- wartość obciążenia przekazywanego na fundament

- warunki wodne i gruntowe

- głębokość posadowienia D

Zaprojektowana ława fundamentowa spełnia warunek I-go stanu granicznego według PN-81/B-03020. Warstwą decydującą o nośności była warstwa piasku średniego (Ps), która zalega na głębokości 0,6 – 3,1 m. Warstwy pozostałe przeniosły obciążenie od fundamentów z dużym zapasem nośności.

Po zmniejszeniu wymiaru fundamentu o 10 cm do wymiarów B=1,1m warunek I-go stanu granicznego nie został spełniony, ponieważ opór gruntu jest większy od oporu granicznego, sprawdzonego dla piasku średniego .

Obliczono głębokość zmax = 5,1m dla której spełniony jest warunek:

σ_zmaxd ≤ 0, 3 • σ_zmaxρ (28,10kPa≤28,25kPa).

Wykonano obliczenia osiadania fundamentu do głębokości z_max=7,9m poniżej poziomu posadowienia. Osiadanie całkowite w fazie eksploatacji budowli wyniosło 1,11 cm