Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego Projekt ŚcianKI SZCZELNej jednokrotnie zakotwionej Gdańsk, czerwiec 2014

Pkt

max

OPIS TECHNICZNY

1. Podstawa opracowania

Podstawą formalną projektu jest temat nr 31 wydany przez katedrę Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska w ramach przedmiotu Fundamentowanie dnia 05.05.2014r.

2. Przedmiot i zakres opracowania

Projektowana jest ścianka szczelna jednokrotnie zakotwiona mająca za zadanie podtrzymanie naziomu o wysokości H_n=5,60m obciążonego obciążeniem technologicznym p=13 kPa. Jako schemat statyczny przyjęto ściankę dołem wolno podpartą.

3. Wykaz wykorzystanych materiałów

• PN-EN 1997-1 Projektowanie geotechniczne. EUROKOD 7

• Karta z tematem nr 31

• Materiały dydaktyczne udostępniane przez prowadzącego zajęcia

• Programy komputerowe: Microsoft Excel 2010, AutoCAD, Belka Free

4. Lokalizacja obiektu

Obiekt, dla którego projektowana jest ścianka szczelna, znajduje się w Olsztynie przy ulicy Żołnierskiej 3, na działce ewidencyjnej nr 66. Głębokość przemarzania gruntu w tej strefie wynosi 1 m.

5. Warunki gruntowe

• Piasek średni MSa

Stopień zagęszczenia I_D = 0,50

Rzędna spągu warstwy 2,50 m p.p.t.

• Ił pylasty siCL

Stopień plastyczności I_L = 0,25

Rzędna spągu warstwy 4,30 m p.p.t.

• Piasek średni MSa

Stopień zagęszczenia I_D = 0,65

• Zwierciadło wody gruntowej znajduje się na rzędnej 3,30 m p.p.t.

• Zwierciadło wody obniżone – na rzędnej 6,60 m p.p.t.

6. Stan istniejący

Teren przeznaczony pod wykonanie ścianki jest niezabudowany i nieuzbrojony. Najbliższa zabudowa znajduje się w odległości 300m.

7. Opis konstrukcji

Projektowana ścianka szczelna wykonana będzie z profili Larsena GU 15N, z kleszczami C220, elementy wykonane są ze stali S 270 GP. Ściągi przyjęto w rozstawie co 240 cm, ze stali S 210 GP, o średnicy 60 mm.

8. Uwagi końcowe

• Przed rozpoczęciem prac należy ustalić z zarządcą nieruchomości możliwość składowania materiałów i sprzętu

• Odpowiedzialność za jakość wykonanych prac oraz przestrzeganie przepisów BHP ponosi wykonawca

• Po zakończeniu prac należy uprzątnąć teren placu budowy

9. Wykaz załączników

Rys.1. Przekrój pionowy ścianki

Rys.2. Przekrój poziomy przez konstrukcję

OBLICZENIA STATYCZNE

1. Przyjęcie wstępnych wymiarów i konstrukcji ścianki szczelnej

2. Określenie oddziaływań gruntu i wody na ściankę szczelną

• parcie gruntu

$$K_{a} = \operatorname{}\left( 45^{o} - \frac{\phi}{2} \right)$$

$$K_{a1} = \operatorname{}\left( 45^{o} - \frac{32^{o}}{2} \right) = 0,307$$

$$K_{a2} = \operatorname{}\left( 45^{o} - \frac{13^{o}}{2} \right) = 0,633$$

$$K_{a3} = \operatorname{}\left( 45^{o} - \frac{33^{o}}{2} \right) = 0,295$$

e_a1 = 13 * 0, 307 = 3, 991 kPa

e_a2 = (13+1,5*18,5) * 0, 307 = 12, 510 kPa

$$e_{a3} = \left\{ \begin{matrix} \left( 13 + 2,5*18,5 \right)*0,307 = 27,199\ kPa \\ \left( 13 + 2,5*18,5 \right)*0,633 = 37,505\ kPa \\ \end{matrix} \right.\ $$

e_a4 = e_a3 + (19,9*0,8) * 0, 633 = 47, 582 kPa

$$e_{a5} = \left\{ \begin{matrix} e_{a4} + \left( 11,9*1 \right)*0,633 = 55,115\text{\ kPa} \\ e_{a4} + \left( 11,9*1 \right)*0,295 = 51,092\text{\ kPa} \\ \end{matrix} \right.\ $$

e_a6 = e_a5 + (10,3*1) * 0, 295 = 54, 130 kPa

e_a7 = e_a6 + (10,3*1) * 0, 295 = 57, 907 kPa

e_a8 = e_a7 + (10,3*3) * 0, 295 = 67, 020 kPa

• odpór gruntu

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

$$\delta_{p} = - \frac{\phi}{2}$$

$$K_{p} = \frac{\operatorname{}33^{o}}{\cos\left( {- 16,5}^{o} \right)*\left\lbrack 1 - \sqrt{\frac{\sin\left( 33^{o}{+ 16,5}^{o} \right)*\sin 33^{o}}{\cos\left( {- 16,5}^{o} \right)}} \right\rbrack^{2}} = 2,568$$

e_p6 = 0

e_p7 = 18, 3 * 1 * 2, 568 = 48, 535  kPa

e_p8 = e_p7 + (10,3*3) * 2, 568 = 130, 667 kPa

• parcie wody

e_w4 = 0

e_w5 = 1, 3 * 10 = 13 kPa

e_w5 = 2, 3 * 10 = 23 kPa

e_w7 = 3, 3 * 10 = 33 kPa

e_w8 = e_w7 = 33 kPa

• wykres wypadkowy

3. Obliczenia statyczne ścianki szczelnej metodą analityczną

• Równanie odporu granicznego pomniejszonego o parcie:

$${e^{'}}_{p}\left( t^{'} \right) = \ \frac{30,665}{4 - 2,74}*t^{'} = 29,099*t^{'}$$

• Wypadkowa odporu:

E^′_p = 0, 5 * 29, 099 t^′ * t^′ = 14, 55 t^′2

• Potrzebne zagłębienie ścianki (z równowagi momentów względem punkty zaczepienia ściągu):

9,181*14,55t’²+4,98*0,675+5,324*0,417-15,637*0,625-9,181*0,833-30,004*1,65-4,031*1,783-47,582*2,55-

-12,766*2,717-93,319*3,7-8,747*3,917-42,372*4,85-22,379*4,683-36,863*5,930 = 0

133,59 t’2 = 1132,31

t’ = 2,91 m

t = a + t’ = 2,74 m + 2,91 m = 5,65 m

Przyjęto: t = 6 m

• Siła w ściągu i maksymalny moment zginający

Obliczenia zostały wykonane przy pomocy programu Belka Free

Otrzymane wartości:

• siła w ściągu S = 179,45 kN/m

• maksymalny moment zginający M_max = 395 kNm/m

4. Zwymiarowanie elementów konstrukcyjnych ścianki

• grodzice

przyjęto stal S 270 GP → fd = 270 MPa

potrzebny wskaźnik wytrzymałości: $W_{x} \geq \frac{M_{\max}}{f_{d}} = \ \frac{395*10^{2}}{270*10^{- 1}} = 1462,96\ \text{cm}^{3}/m$

Przyjęto profil GU15 N

• W_x = 1 530 cm³/m

• I_x = 32 360 cm⁴/m

• A = 146 cm²/m

• kleszcze

przyjęto rozstaw ściągów: r_s = 240 cm

S = 179, 45 kN/m

S^′ = S * r_s = 179, 45 * 2, 40 = 430, 68 kN

M_max = 0, 1 * S * r_s² = 0, 1 * 179, 45 * 2, 40² = 103, 36 kNm

M_max^r = 1, 25 * M_max = 1, 25 * 103, 36 = 129, 20 kNm

$$W_{x} \geq \frac{M_{\max}}{f_{d}} = \ \frac{129,20*10^{2}}{270*10^{- 1}} = 478,52\ \text{cm}^{3}/m$$

$${W^{'}}_{x} = \frac{1}{2}*W_{x} = 239,26\ \text{cm}^{3}/m$$

Przejęto ceownik C220, W_x = 245 cm³/m

• ściągi

S^′ = S * r_s = 179, 45 * 2, 40 = 430, 68 kN

S^′r = 1, 25 * S^′ = 1, 25 * 430, 68 = 538, 35 kN

przyjęto stal S 210 GP → fd = 210 MPa

minimalne pole przekroju:

$$A_{\min} = \frac{{S^{'}}^{r}}{f_{d}} = \frac{538,35}{210000} = 25,63\ \text{cm}^{2}$$

średnica ściągu:

$$d = \sqrt{\frac{4\ A}{\pi}} = \sqrt{\frac{4*25,63}{\pi}} = 5,51\ cm$$

Przyjęto pręty R60 ϕ = 60 mm

5. Zaprojektowanie i obliczenie nośności zakotwienia ściągów

• wymiary bloków

• obliczenia nośności

S_r = 1, 35 * S = 1, 35 * 179, 45 = 242, 12 kN

$$\frac{H}{h} = \frac{1,85}{1,2} \approx 1,5 = > \beta = 2,2$$

b_z = β * b = 2, 2 m

b_z = 2, 2m < a = 2, 4m

K_p = 2, 834

$$K_{\text{ph}} = K_{p}*\cos\frac{\phi}{2} = 2,724$$

e_p1 = (p+γ*h₁) * K_ph = (13+18,8*0,65) * 2, 724 = 68, 168 kPa

e_p1 = (p+γ*H) * K_ph = (13+18,8*1,85) * 2, 724 = 128, 641 kPa

$$Q_{1} = E_{p} = \frac{e_{p1} + e_{p2}}{2}*h*a = \frac{68,168 + 128,641}{2}*1,2*2,4 = 283,405\ kN$$

e_a1 = (p+γ*h₁) * K_a = (13+18,8*0,65) * 0, 307 = 7, 683 kPa

e_a2 = (p+γ*H) * K_a = (13+18,8*1,85) * 0, 307 = 14, 498 kPa

$$Q_{2} = E_{a} = \frac{e_{a1} + e_{a2}}{2}*h*b = \frac{7,683 + 14,498}{2}*1,2*1 = 13,308\ kN$$

G₁ = 1 * 1, 5 * 0, 65 * 18, 5 = 18, 038 kN

$$Q_{3} = G_{1}*\tan\frac{\phi}{2} = 18,038*0,287 = 5,177\ kN$$

G₂ = 1, 5 * 1, 2 * 1 * 24 = 43, 2 kN

Q₄ = (G₁+G₂) * tanϕ = (18,038+43,2) * 0, 625 = 38, 274 kN

K₀ = 1 − sinϕ = 1 − 0, 529 = 0, 471

$$E_{0} = \gamma*\frac{h_{1} + H}{2}*K_{0}*h*l = 18,5*\frac{0,65 + 1,85}{2}*0,471*1,2*1,5 = 19,605\ kN$$

$$Q_{5} = E_{0}*\tan\frac{\phi}{2} = 19,605*0,287 = 5,627\ kN$$

E = Q₁ − Q₂ + Q₃ + Q₄ + 2 * Q₅

E = 283, 405 − 13, 308 + 5, 177 + 38, 274 + 2 * 5, 627 = 325, 802 kN

$$E_{r} = \frac{E}{1,1} = \frac{325,802}{1,1} = 296,184\ kN$$

• warunek nośności

S_r = 1, 35 * S = 1, 35 * 179, 45 = 242, 12 kN

S_r = 242, 12 kN < E_r = 296, 184 kN

warunek spełniony

6. Obliczenia stateczności ścianki metodą Kranza

• strefa bezpieczna umieszczania zakotwienia

• przyjęcie długości ściągów, obliczenia stateczności

l = 9m

E_a = 154, 632 kN

E_a1 = 13, 308 kN

G₁ + P₁ = 42, 12 + 27, 3 = 69, 42 kN

G₂ + P₂ = 106, 5 + 21, 58 = 128, 08 kN

G₃ + P₃ = 997, 4 + 87, 1 = 1083, 5 kN

C = (P+G) * tanϕ + c^′ * l

C₁ = 69, 42 * 0, 625 = 43, 388 kN

C₂ = 128, 08 * 0, 231 + 22 * 2, 45 = 83, 486 kN

C₃ = 1083, 5 * 0, 649 = 703, 192 kN

S_dop = 503, 62 kN

S = 179, 45 kN < 0, 8 *  S_dop = 402, 89 kN

warunek spełniony