Pytania z Mechaniki gruntów i fundamentowania z zeszłego roku DUL plus KBI:

1. Co to jest SWD i do czego służy?

SWD - skale wpływów dynamicznych - służą do oceny szkodliwości drgań. Skale SWD służą do przybliżonej oceny działania drgań przekazywanych przez podłoże na niektóre typy budynków. Podzielono skutki drgań parasejsmicznych na budowle wg kryteriów ich rodzaju oraz warunków:

• wrażliwości (odczuwalności),

• sztywności,

• wytrzymałości,

• stateczności

uzyskując odpowiednio strefy l, II, III, IV, V.

Wybrano dwie kategorie budynków najbardziej popularnych murowanych jedno-, dwukondygnacyjnych oraz wyższych do 5 kondygnacji i dla nich wykonano symulacyjne obliczenia dynamiczne, stosując kilka przyjętych arbitralnie modeli fizycznych

Skala SWD I:

odnosi się do budynków zwartych o małych wymiarach rzutu poziomego (do 15 m) o jednej lub dwóch kondygnacjach i wysokości takiej aby nie przekraczała żadnego z wymiarów rzutu poziomego.

Skala SWD II:

dotyczy budynków kilkukondygnacyjnych (do pięciu) o konstrukcji murowanej lub mieszanej spełniającej warunek, że:

h/b < 2,

h - wysokość budynku,

b - najmniejsza jego szerokość,

a także budynków niskich do 2 kondygnacji, lecz nie spełniających warunków podanych dla SWD-I

2. Czemu należy sadzić drzewa przy budynkach dla gruntów ekspansywnych?

Nie należy sadzić drzew w bliskiej odległości od budynku. Drzewa i krzewy ssą wodę. Powoduje to skurcz podłoża i fundament osiada.

Należy sadzić drzewa w odległości co najmniej 1,5H od obiektu, a grupy drzew w odległości 2H (gdzie H - przewidywana wysokość drzewa). Trzeba przycinać korony drzew, ponieważ system korzeniowy rozwija się proporcjonalnie do wielkości korony. Na małych działkach należy wymieniać drzewostan co około 8 lat. Najgorsze: akacje, wiązy, topole, dęby, klony.

Najmniej szkodliwe: drzewa i krzewy iglaste.

3. Czemu pomijamy parcie wody zaległej na konstrukcję oporową?

W przypadku występowania ustabilizowanego zwierciadła wody gruntowej za ścianą oporową należy w obliczeniach parcia uwzględnić oprócz parcia gruntu również parcie wody gruntowej rosnące liniowo z głębokością poniżej zwierciadła wolnej wody gruntowej. Parcie gruntu nawodnionego należy wyznaczać uwzględniając naprężenia efektywne i efektywne wartości
. W przypadku gruntów wrażliwych na przemarzanie należy stosować systemy odwodnienia uniemożliwiającego zbieranie się wody za ścianą.

Przy posadowieniu ściany oporowej na warstwie nie przepuszczalnej gruntu należy dodatkowo uwzględnić parcie wody w czasie ulewnych deszczy w zależności od przyjętego systemu odwodnienia.

4. Dlaczego dla posadowienia obiektów mostowych należy stosować przede wszystkim pale wielkośrednicowe?

Jest to powszechny mit, który starał się obalić w swojej publikacji dr Krasiński z Politechniki Gdańskiej w czasopiśmie „Inżynieria i budownictwo” z czerwca 2004r. Wykonano analizę porównawczą wykonanych posadowień, z której jasno wynika, że zarówno pod względem technicznym i ekonomicznym korzystniejsze jest stosowanie pali wbijanych, aniżeli wielkośrednicowych. Wykonanie jednego pala o średnicy 150cm potrafi być nawet 5-krotnie bardziej czasochłonne niż wykonanie jednego pala Vibro-Fundex o średnicy 50,8cm, przy zbliżonych długościach pali. Ponadto wiertła do pali wielkośrednicowych są droższe, należy wywozić i utylizować urobek po wykonaniu takich pali i należy stosować iniekcję w celu zmniejszenia dużych osiadań. Nie można zapominać, że pale wbijane pochłaniają mniejsze środki przy wykonywaniu obciążeń próbnych.

5. Dlaczego przy ustalaniu grupy nośności nie uwzględniamy ekspansywności?

Przy ustalaniu grupy nośności bierzemy pod uwagę rodzaj gruntów podłoża, warunki wodne i wskaźnik CBR. Ekspansywność która jest powiązana z działaniem wody wpływa na ustalenie grupy nośności, ale nie bezpośrednio.

6. Dlaczego w ustalaniu grupy nośności podłoża nawierzchni nie uwzględniamy wysadzinowości gruntu oraz jego granicy plastyczności?

Wysadzinowość jest uwzględniana. (grunty dzieli się na niewysadzinowe, wątpliwe, mało i bardzo wysadzinowe). Granica plastyczności jest powiązana z zakwalifikowaniem gruntu pod względem wysadzinowości. Przykładowo mało wysadzinowe są gliny zwięzłe w stanie zwartym (I_L < 0), półzwartym (I_L =< 0) lub twardoplastycznym (0 < I_L < 0,25), a I_L = (w_n -w_p)/(w_L - w_p), gdziel w_p to granica plastycznosci.

7. Grupa nośności podłoża nawierzchni - co je odróżnia, od czego zależy?

Grupa nośności podłoża nawierzchni jest to pojęcie umowne oznaczone symbolem Gi, charakteryzujące nośność podłoża w zależności od:

+ rodzaju gruntów podłoża (pod względem wysadzinowości dzieli się je na grunty niewysadzinowe, wątpliwe, mało wysadzinowe, bardzo wysadzi nowe);
+ warunków wodnych (dobre, przeciętne, złe);
+ wartości wskaźnika nośności CBR.

Wyróżnia się cztery grupy nośności podłoża nawierzchni oznaczone symbolami G1, G2, G3, G4, gdzie G1 jest najlepsza, a G4 - najgorsza.

8. Do czego służą nasypy przyporowe?

W przypadku stwierdzenia, że współczynnik stateczności skarpy nasypu jest zbyt niski, projektuje się nasypy przyporowe (boczne ławy) u dołu nasypu o szerokości równej głębokości bagniska. Nasypy przyporowe służą zatem do wzmocnienia skarpy nasypu, którego współczynnik stateczności jest zbyt niski. Zapobiega to nadmiernemu osiadaniu i odkształcaniu się nasypu drogowego. Zapobiegają one również wypieraniu przez konstrukcję ziemną gruntów słabonośnych, spod nasypu drogowego dociążając słabonośne podłoże gruntowe.

9. Jak projektujemy nawierzchnie w klasie podłoża G3.

Podłoże nawierzchni zaszeregowane do innej grupy nośności niż G1 powinno być doprowadzone do grupy nośności G1 przez:

+ wymianę warstwy gruntu podłoża nawierzchni na warstwę gruntu lub materiału niewysadzinowego

Wymianie powinna podlegać warstwa słabego podłoża nawierzchni o określonej grubości zależnej od wskaźnika nośności CBR wymienionej warstwy oraz grupy nośności (G2, G3 lub G4). W pewnych wypadkach dla G3 i G4 wynika konieczność wymiany warstwy o grubości >= 50cm, dlatego dla zmniejszenia tej grubości zaleca się wykonanie wzmocnienia geosyntetykiem podłoża nawierzchni.

+ ułożenie dodatkowych warstw podłoża nawierzchni

na podłożu o grupie nośności G2 : 10cm warstwy z gruntów stabilizowanych spoiwem (cementem, wapnem lub aktywnym popiołem lotnym) o R_m = 1,5 MPa;

na podłożu o grupie nośności G3 : 15cm warstwy z gruntów stabilizowanych spoiwem (cementem, wapnem lub aktywnym popiołem lotnym) o R_m = 2,5 MPa;

na podłożu o grupie nośności G4 : 25cm warstwy z gruntów stabilizowanych spoiwem (cementem, wapnem lub aktywnym popiołem lotnym) o R_m = 2,5 MPa lub dwie warstwy po 15 cm z gruntów stabilizowanych spoiwem (cementem, wapnem lub aktywnym popiołem lotnym) o R_m = 2,5MPa dla warstwy górnej i o R_m = 2,5MPa dla warstwy dolnej.

10. Jaki wpływ na konstrukcję budynku ma sumowanie się drgań wywołane przejeżdżającym samochodem?

Stwierdzono, że amplitudy spowodowane pojazdem bez przyczepy są na ogół większe niż wywołane takim samym samochodem z przyczepą. Różne badania nie potwierdziły sumowania się drgań przy przejeździe kilku pojazdów.

11. Jaki wpływ na podłoże maja drgania od pojazdów jadących w ciągu?

Drgania pojazdów jadących w ciągu mają taki sam wpływ na podłoże jak pojazdy jadące pojedynczo. Drgania te różnią się jedynie czasem trwania. Charakterystyka drgań i ich wpływ na podłoże jest taki sam jak dla pojedynczych pojazdów. Istotne jest tutaj pojęcie drgań przekazywanych przez oś pojazdu. To liczba osi i charakterystyka ich obciążenia decyduje o charakterze drgań przekazywanych na podłoże a nie ilość pojazdów.

12. Próbne obciążenia.

4 zasadnicze metody:
- metoda stałych stopni obciążenia;

- metoda „stanu równowagi”;

- metoda CRP (stałej prędkości wciskania pala);

- metoda stałych przyrostów sił.

Próbne obciążenia wciskające i wyciągające należy projektować na siły równe półtora krotnej wartości nośności pala. Próbne obciążenia boczne należy projektować na siły co najmniej półtorakrotnie wyższe od obciążenia charakterystycznego pala.

Badany pal musi być obciążony osiowo, preferowane jest obciążenie pala próbnego za pomocą siłowników hydraulicznych.

13. Opisać metodę Felleniusa i Bishopa.

Są to odmiany metody pasków. Po przyjęciu linii poślizgu dokonuje się podziału klina odłamu na odrębne pionowe paski tak gęsto, aby różnice wynikające z zastąpienia powierzchni poślizgu płaszczyznami nie wpływały w istotny na przeprowadzoną analizę.

Metoda Felleniusa:

Według tej metody przyjmujemy walcową powierzchnię poślizgu (łuk koła), przechodzącą najczęściej przez dolną krawędź skarpy. Kryterium stateczności jest stosunkiem momentów utrzymujących do momentów sił powodujących zsuw.

n=

Dokładne wyznaczenie wartości siły n_i stanowi główną trudność w analizie stateczności. O wartości tej siły decyduje ciężar paska q_i oraz wypadkowa Δ_zi sił działających na boki paska. Fellenius przyjął, że siły z_i są równe 0.

Z podawanych w literaturze zestawień wynika, że metoda Felleniusa daje najmniejsze wartości wskaźników stateczności w porównaniu z innymi metodami pasków.

METODA BISHOPA

Jest ona modyfikacją metody Felleniusa. Przyjmuje się również walcową powierzchnię poślizgu. Metoda Bishopa polega na zrównoważeniu momentów sił względem środka powierzchni poślizgu, ale i na spełnieniu warunku równowagi rzutów wszystkich sił na oś pionową. Ogólne rozwiązanie Bishopa uwzględnia wszystkie siły działające na pasek. Najczęściej stosuje się uproszczoną metodę Bishopa, w której pomija się boczne siły pionowe działające na pasek.

14. Posadowienie budynku na gruntach ekspansywnych - 7 zasad.

1. Zagłębienie fundamentu.

2. Stosować zewnętrzny drenaż przy przewidywanym bocznym dopływie wody.

3. Nie stosować podsypek (poduszek) piaskowych (żwirowych) pod fundamentami, lecz warstwę chudego betonu na całej szerokości dna wykopu odkrytego w danym dniu.

4. Nie wolno niestarannie zasypywać wykopów po zewnętrznej stronie ścian przyziemia. Należy je uszczelnić warstwami dobrze ubitego iłu lub gliny. Stosować również opaski powierzchniowe wokół budynku

5. Nie wolno wprowadzać wód opadowych bezpośrednio do podłoża, należy je odprowadzać do kanalizacji. Ciąg i kanalizacyjne powinny być szczelne, wskazane jest stosowanie wiotkich rur.

6. Należy sadzić drzewa w odległości co najmniej 1,5 H od obiektu, a grupy drzew w odległości 2H od obiektu. (H- przewidywana wysokość drzewa). Trzeba przycinać korony drzew, ponieważ system korzeniowy rozwija się proporcjonalnie do wielkości korony. Na małych działkach należy wymieniać drzewostan co kilka lat

7. Dostosowanie konstrukcji do przeniesienia niekorzystnych wpływów ekspansywności podłoża. Dylatować fragmenty obiektu o różnych układach konstrukcyjnych. Wzmacniać konstrukcję poprzez stosowanie podłużnego zbrojenia ław i wzmocnionych wieńców w poziomach stropów, uszkodzone budynki w razie potrzeby wzmacniać kotwieniami. Dylatować poziomo ścianki działowe poniżej stropu piwnicy, dylatować pionowo posadzki piwnic od ściany nośnej, w konstrukcjach szkieletowych stosować szczeliny między podłożem a podwalinami ściany obudowy.

Wykonawstwo robót na gruntach ekspansywnych wymaga szczególnej staranności i sprawności. Każdy projekt powinien zawierać program lub opis technologii prowadzenia robót fundamentowych. W programie powinny być podane sposoby zabezpieczenia wykopu przed zalewaniem wodą gruntową i opadową, kolejność wykonania poszczególnych zadań, uwagi dotyczące stateczności skarp i dna wykopu. Wszelkie odstępstwa od przewidywanych założeń powinny być rozpatrywane wspólnie z projektantem.

15. Sposoby kompensacji obciążeń nasypów na gruntach słabonośnych ?

W tym przypadku wykorzystuje się odciążenie podłoża przez zastosowanie o ciężarze objętościowym mniejszym niż dla gruntu. Stosuje się np. keramzyt lub styropian.

1. Keramzyt jest to kruszywo ceramiczne wytwarzane przez spiekanie glin pęczniejących. Jego gęstość objętościowa wynosi 400 kg/m³, a nawilżony po kilkunastu latach 600-700 kg/m³, dobra izolacyjność termiczna i mrozoodporność, niewielka kapilarność, odporność na czynniki biologiczne, łatwość układania i zagęszczania, duża nośność i ściśliwość Stosuje się go do budowy nasypów drogowych i kolejowych na słabym podłożu wykorzystując częściową wymianę gruntu na lżejsze wypełnienie keramzytem; do wykonania zasypów odciążających na ściany oporowe, przyczółki mostowe itp.; nasypów komunikacyjnych , gdy o miąższości podbudowy decyduje kryterium przemarzania

2. Styropian jest 90 x lżejszy od gruntu i 20 x od keramzytu. Stosuje się jego bloki o wym. 0.5x1.0x4.0 m. Nie podlega on degradacji biologicznej ani chemicznej. Wykazuje wrażliwość na działanie węglowodorów i rozpuszczalników organicznych. Przy obciążeniu mniejszym niż granica plastyczności powraca do pierwotnej postaci. Bloki styropianu układa się przy budowie nasypu lub przyczółku wiaduktu, przykrywane są one żelbetową płytą o grubości 10-15 cm. Zaleca się co najmniej jednometrową okrywę gruntem powierzchni bocznych. Na terenach zalewowych jednak wypów wody może doprowadzić do uszkodzenia takiego nasypu.

16. Wpływ wbijania pali na sąsiednie budynki.

- osiadanie podłoża wskutek wbijania pali;

- boczne przesunięcia gruntu przez pale;

- wypchnięcie przez pale gruntu do góry;

- drgania obiektów budowlanych wymuszone energią wbijania pali.

17. Zasadnicze wymagania dotyczące głębokości posadowienia obiektów na gruntach ekspansywnych.

1) Minimalna głębokość posadowienia powinna wynosić:
+ dla obiektów niepodpiwniczonych: D_min ≥ 1,5m;
+ dla obiektów podpiwniczonych: D_min ≥ 0,5m oraz D ≥ 1,5m.

2) Preferować obiekty podpiwniczone;

3) W gruntach silnie pęczniejących stosować posadowienie na płycie.

Ponadto przy uwzględnianiu głębokości posadowienia należy uwzględniać:

+ głębokość występowania poszczególnych warstw geotechnicznych;

+ wody gruntowe i przewidywaną zmianę ich stanów.

18. Kolejność wbijania pali.

Wbijanie pali w grunty niespoiste średnio zagęszczone oraz spoiste półzwarte i zwarte należy rozpoczynać od pali środkowych ze względu na opór gruntu rosnący w miarę przybywania pali. Może to utrudnić, a nawet uniemożliwić dalsze wbijanie. Natomiast w przypadku gruntów słabych celowe jest rozpoczęcie wbijania od pali skrajnych.

19. Dlaczego w metodzie Felleniusa nie uwzględnia się wody gruntowej?

Uwzględnia się (np. w ciśnieniu spływowym) za pomocą odpowiednich wzorów.

20. Wpływ przemieszczeń konstrukcji oporowej na rozkład parcia.

Rozkład parcia jest zależny od sposobu przemieszczenia sztywnej konstrukcji oporowej. Culombowski (Δ) rozkład parcia zachodzi tylko wtedy gdy przemieszczenie sztywnej konstrukcji oporowej następuje przez obrót wokół dolnej krawędzi (przy podstawie). W przypadku odkształcalnej konstrukcji oporowej rozkład parcia zależny jest od jej deformacji i parcie koncentruje się przy punktach podparcia tej konstrukcji.

21. Posadowienie na gruntach ekspansywnych na zboczu i nie .

Cechą charakterystyczną gruntów ekspansywnych na terenie Polski w stanie naturalnym jest ich duża wytrzymałość na ścinanie i mała ściśliwość (występują w stanie półzwartym lub twardoplastycznym). Dlatego jeżeli możliwe jest techniczne zabezpieczenie podłoża przed zmianami wilgotności należy stosować posadowienie bezpośrednie.

Jednak bardzo niebezpieczne może być posadowienie bezpośrednie na zboczu zbudowanym z gruntów ekspansywnych. Filtracja wody w naturalne powierzchnie lustrzeń występujących w iłach może powodować utratę stateczności nawet przy małych nachyleniach zbocza rzędu 8-10 %. Taki przypadek wymaga szczegółowej analizy i zachowania maksymalnych warunków bezpieczeństwa.

22. Dlaczego w metodzie Bishopa przyjmujemy powierzchnię walcowaną poślizgu?

Powierzchnia jest walcowa a nie walcowana.

23. Dlaczego w metodzie Bishopa nie uwzględnia się sił na bokach pasków?

Uwzględnia się.

24. Jak wpłynie na grunty ekspansywne wycinka drzew?

Drzewa ssą wodę - powoduje to skurcz podłoża i fundament osiada. Wycinka spowoduje zatrzymanie wody w gruncie, efektem tego może być pęcznienie gruntu.

25. Jaki wpływ ma zagęszczenie podsypki za ścianą oporową?

Przy określaniu parcia gruntu działającego za ścianą oporową należy wziąć pod uwagę dodatkowe parcie wywołane układaniem zasypki i sposobem jej zagęszczania. Pomiary wskazują, ze dodatkowe parcie zasypki zależy od zastosowanej energii zagęszczania , miąższości zagęszczonych warstw oraz schematu jazdy urządzenia zagęszczającego. Należy wymagać stosowania odpowiednich procedur zagęszczania w celu eliminacji nadmiernego dodatkowego parcia gruntu, który może doprowadzić do niedopuszczalnych przemieszczeń konstrukcji.

26. Jakich pali nie powinno się stosować w gruntach ekspansywnych?

Pali wbijanych. Wbijanie pali powoduje zwiększenie ciśnienia wody w porach gruntu i jej przemieszczenie. Następuje naruszenie struktury gruntu. Zmniejsza się wytrzymałość gruntu na pobocznicy pala. Może też nastąpić uniesienie wbitych sąsiednich pali lub uszkodzenie wykonanych wcześniej.

27. Na czym polega wpłukiwanie pali?

Wpłukiwanie pali polega na wtłaczaniu w grunt (przez opuszczane z palem metalowe rury) wody lub wody i sprężonego powietrza (ciśnienie od 5 do 14 atmosfer). Umiejętne wpłukiwanie w piaskach może spowodować zagłębienie pala na kilka do kilkunastu metrów jedynie pod ciężarem własnym i ustawionego na palu młota.

Wymagane warunki:

1) Można stosować tylko w gruntach dobrze przepuszczalnych (piaski itp.);
2) Wpłukiwanie należy przerwać co najmniej 1m przed osiągnięciem wymaganego zagłębienia;
3) ostatni odcinek pala po przerwaniu wpłukiwania należy wbić.

28. Metody określania nośności pali wciskanych.

1) Wzory dynamiczne;
2) Próbne obciążenia;
3) Wzory statyczne (teoretyczne);
4) Sondy stożkowe CPT;
5) Wzory teoretyczno - empiryczne;
6) Badania dynamiczne.

29. Jak wpływa przemieszczenie i odkształcenie na rozkład parcia czynnego wg PN?

W PN nie uwzględnia się wpływu przemieszczenia i odkształcenia konstrukcji oporowej na rozkład parcia czynnego.

30. Czy na podstawie rozkładu wilgotności można ustalić czy nastąpiło przesuszenie gruntu? Jeśli nie to podać jakie są potrzebne jeszcze wartości.

Na podstawie tylko rozkładu wilgotności nie można jednoznacznie określić czy nastąpiło przesuszenie gruntu . Zależy to od :

+ rodzaju gruntu (spoisty, niespoisty);

+ roślinności, która znajduje się w pobliżu obiektu;

+ wody gruntowej (na jakiej głębokości występuje).

31. Sposoby zapobiegania negatywnym skutkom sadzenia drzew na gruntach ekspansywnych.

1) Bezpieczna głębokość posadowienia;
2) Zastosowanie opaski;
3) Bezpieczna odległość od drzewa;
4) Przy za bliskiej odległości od drzewa zastosowanie ekranu;
5) Przy niemożności zastosowania ekranu posadowić budynek na palach.

---