1. Fazy podłoża pod fundamentem

- osiadania sprężyste (proporcjonalnie do działających naprężeń) q≤q_prop - osiada fundament a jednocześnie z nim podłoże wokół (rys)

- q>q_prop - powstawanie stref plastycznych pod narożami, przyczynia się do wypychania gruntu wokół fundamentu. (rys)

- wyczerpanie nośności granicznej gruntu q→q_f - wejście w stan awaryjny (q_f - nośność fundamentu na danym gruncie) (rys)

2. Zależność obciążenie - osiadanie dla punktu pod fundamentem i obok fundamentu.

Odkształcanie się tego podłoża wynika z dwóch przyczyn:

- osiadania właściwe - wynikające ze ściśliwości gruntu

- osiadania w skutek uplastycznienia gruntu pod fundamentem

gdy |τ|=τ_f=σ·tgΦ+c

Q=P/s

q-nacisk; P-siła obciążająca; s-pole pow. Fundamentu (rys)

3. Rozwój stref uplastycznienia pod sztywnym fundamentem.

- strefy plastyczne pojawiają się nawet przy minimalnym obciążeniu (rys)

- obciążenie krytyczne - strefy plastyczne gruntu zaczynają wchodzić pod spód fundamentu (rys)

- rozwój stref uplastycznienia, aż do utraty nośności (powstanie mechanizmu zniszczenia) - grunt uplastyczni, ulegnie wyparciu. (rys)

4. Nośność fundamentu

Nośność zależy od:

- rodzaju gruntu

- stanu gruntu

- wymiarów

- ciężaru gruntu

- głębokości posadowienia

Nośność fundamentu bezpośredniego obliczamy ze wzoru:

Q_f=BL[(1+0,3 B/L) N_c c^r i_c +(1+1,5 B/L) N_D γ_D^r i_D D_min + (1-0,25 B/L) N_B γ_B^r L i_B]

(1+0,3 B/L); (1+1,5 B/L); (1-0,25 B/L) - współczynniki kształtu (B≤L)

γ_D; γ_B - ciężar objętościowy gruntu (powyżej/ poniżej poziomu posadowienia)

i_c; i_d; i_b - współczynniki wpływu nachylenia wypadkowej obciążenia (wpływ siły poziomej na nośność)

N_C; N_B; N_D - współczynniki nośności

Nośność podłoża zależy od parametrów wytrzymałościowych im większe (lepsze) parametry tym większa nośność podłoża. Na nośność podłoża mają wpływ również: głębokość posadowienia i ciężar gruntu ponad poziomem posadowienia, od wymiaru fundamentu i ciężaru gruntu pod fundamentem

5. Uwzględnienie warstwy słabszej występującej na pewnej głębokości przy szacowaniu nośności fundamentu.

Wpływ warstwy słabszej należy uwzględniać jeżeli pojawia się ona do głębokości 2B. (rys)

Metody uwzględniające wpływ warstwy słabszej:

-metoda normowa (fundamentu zastępczego)- polega na obliczeniu nośności fikcyjnego fundamentu o szer. B' zagłębionego na głębokość D+H (na warstwie słabszej)

-metoda Madeja- oblicza się wpływ warstwy słabszej na nośność podłoża- współczynnik nm (najpierw oblicza się nośność warstwy w której posadawiamy, potem nośność warstwy słabszej przy założeniu, że występuje na głębokości posadowienia, odczyt z nomogramu nm (h/B, z/B), gdzie: h-miąższość warstwy, z-głębokość posadowienia do stropu (wzór)

6. Wpływ sił poziomych na nośność fundamentu.

Obciążenie graniczne w przypadku działania sił poziomych (rys)

W przypadku działania siły poziomej wypieraniu gruntu przeciwstawia się grunt od strony działania tej siły. Wartość obciążenia granicznego zależy od stosunku kąta wypadkowej `delta' do kąta tarcia wewnętrznego. Im większa wartość tg'delta'/tg'fi' tym większa nośność. ic,id,ib- współczynniki zmniejszające nośność (im większa siła tym mniejsze współczynniki)

Jeżeli występują siły poziome w kierunku L to wylicza się także nośność w drugim kierunku wg Wzoru:

Q_f=BL[(1+0,3 B/L) N_c c^r i_c +(1+1,5 B/L) N_D γ_D^r i_D D_min + (1-0,25 B/L) N_B γ_B^r L i_B]

7. Mocne i słabe podłoże gruntowe.

Mocne podłoże:

-(1) grunty spoiste skonsolidowane (polodowcowe) w stanie zwartym, półzwartym, twardoplastycznym (I_L<0,<0,2)- grupa „a,b”

-stan j.w.- I_L<0,1 (2):

*grunty spoiste nieskonsolidowane- grupa „c”

*iły- grupa „d”

-(3) grunty niespoiste zagęszczone, bardzo zagęszczone- I_D>0,6

Średnionośne podłoże:

- I_L=0,2-0,5 (1)- stan miękkoplastyczny, płynny

_- I_L=0,1-0,4 (2)

_- I_D=0,4-0,6 (3)- luźny

Słabe podłoże:

- I_L>0,5 (1)- stan miękkoplastyczny, płynny

_- I_L>0,4 (2)

_- I_D<0,4 (3)- luźny

- grunty organiczne (4)

Na mocnym i średniomocnym podłożu można posadawiać bezpośrednio (w zależności od działających obciążeń). Natomiast podłoże słabe należy wzmocnić lub posadowić pośrednio (na palach).

8. Fundament - definicja, podział.

Jest to najniższa część konstrukcji która w sposób bezpieczny przenosi obciążenia od budowli na podłoże gruntowe. Zadania fundamentu: -redukcja naprężeń do niskich naprężeń które mogą być przekazywane na grunt, -poszerzenie elementu do szerokości ławy

Podział fund.:

-bezpośrednie- przenoszą obciążenie bezpośrednio przez podstawę fundamentu (nie uwzględnia się współpracy gruntu obok fundamentu) (rys)

*na podłożu naturalnym (ew. podsypka piaskowa, chudy beton)

*na podłożu sztucznym (wymiana gruntu)

*na podłożu wzmocnionym (zagęszczenie, stabilizacja)

-pośrednie- obciążenie przenoszone jest na głębsze warstwy za pomocą dodatkowych elementów konstrukcyjnych (uwzględnia się siły oporu gruntudziałające wzdłuż pobocznicy i pod podstawą) (rys)

*na palach, *na studniach, *na kesonach, *na ścianach szczelinowych (w szczelinach gruntu), *na ścianach szczelnych (ścianki Larsena)

9. Podział fundamentów bezpośrednich oraz przypadki ich stosowania

Fundamenty bezpośrednie przenoszą obciążenie bezpośrednio przez podstawę fundamentu(nie uwzględnia się współpracy gruntu obok fundamentu) (rys)

-na podłożu naturalnym(ew. Podsypka piaskowa, chudy beton

-na podłożu sztucznym (wymiana gruntu)

-na podłożu wzmocnionym (zagęszczenie, stabilizacja)

Typy fundamentów bezpośrednich:

a) stopy fundamentowe:

- pod pojedyncze(podwójne)słupy

- przy mocnym podłożu budowlanym (rys)

b) ławy fundamentowe:

- pod ściany

- pod rząd słupów(rys)

c) ruszty fundamentowe: -

- wzajemnie przenikające się podłużne i poprzeczne lawy fundamentowe

- w przypadku słabszego i niejednorodnego podłoża

- można stosować pod slupy

- stosowanie na terenach szkód górniczych

d) płyty fundamentowe:

- słabsze podłoże

- np. Pod rząd słupów

- pod całym obrysem budynku, może mieć tzw. żebra -różną grubość

- pod wysokie budynki

- zabezpiecza pomieszczenia podziemne przed woda gruntowa

e) skrzynie fundamentowe:

- konstrukcja płytowo- ścianowa

- znaczącą grubość elementu

- pod wieżowce o konstr. szkieletowej

- w przypadku słabych niejednorodnych gruntów

- można wykorzystać jako pomieszczenia użytkowe

f) fundamenty blokowe:

- fundamenty masywne

- np. pod maszyny i urządzenia przem.

- zapory betonowe

- przyczółki mostowe

(w każdym pod pkt. rys)

g) Podział fund. :żelbetowe, betonowe, ceglane, kamienne, stalowe, drewniane

10. Warunki I stanu granicznego

Warunek obliczeniowy:

Nr<=m(Qf) - metoda propabilistyczna (metoda częściowych współ)

Nr- obliczeniowa wartość obciążenia działającego na fundament

Qf- obliczeniowa wartość oporu granicznego podłoża gruntowego

m- współ. korekcyjny (uwzględnia niepewność metody obliczeniowej)

m=0,9 - rozwiązanie teorii SG

m=0,8 - kołowe linie poślizgu (dot. zsuwów)

m=0,7 - do bardziej uproszczonych metod obliczeń

m=0,8 - obliczanie oporu na przesuniecie

11. Współczynniki bezpieczeństwa stosowane przy sprawdzaniu I stanu granicznego

- obciążenia: gamma f (qr = qR * gamma f)

- materiałowe: gamma m (wzory)

Gamma m=0,8-0,9 -parametr zwiększa nośność elem. lub konstr.

Gamma m=1,1-1,25 -parametr zwiększa nośność elem. lub konstr.

12. Przemarzanie gruntów, mechanizm powstawania wysadzin, grunty wysadzinowe.

Wysadziny- podnoszenie się terenu spowodowane zamarzaniem wody w porach gruntu

- powodują niszczenie struktury gruntu oraz awarie konstrukcji posadowionych na tych gruntach

- ekstremalnie grunt może podnieść się do 25cm

Mechanizm powstawania:

- lód zwiększa swoja objętość (woda w trakcie zamarzania do 9%)

(rys)

W skutek sił absorpcji dochodzi do podciągania wody spod poziomu przemarzania , powoduje to powstawanie kolejnych soczewek lodu- zwiększenie objętości gruntu ponad poziomem przemarzania) Obserwuje się zwiększona wilgotność ponad poziomem przemarzania - mechanizm ten zachodzi w gruntach zawierających drobne frakcje

Warunki powodujące tworzenie wysadzin:

- grunt jest wysadzinowy

- zwierciadło wody zalega płytko

- grunt jest wilgotny

- mróz działa długo i intensywnie

grunty wysadzinowe:

Hkb>1,3m

zaw>30% cząstek mniejszych 0.05mm

>10% cząstek mniejszych 0.02mm

są to: wszystkie grunty spoiste i organiczne wyjątek stanowią grunty spoiste w stanie zwartym lub półzwartym(twardoplastycznym) znajdujące się wysoko ponad ZWG- tworzą niewielkie wysadziny, które nie są niebezpieczne gdy grunt jest jednorodny.

13. Czynniki mające wpływ na dobór poziomu posadowienia.

- Minimalna głębokość posadowienia 0,5 m. Płytsze fundamentowanie może być uzasadnione np. posadowieniem na skale

- Jeśli grunt jest wysadzinowy to na głębokości przemarzania (rusunek)

- Jeśli występuje woda gruntowa zaleca się posadowienie co najmniej 0,5 metra wyżej.
W przeciwieństwie do pierwszych dwóch nie jest to warunek konieczny można bowiem zastosować izolacje wodochronna a w trakcie prac zapewnić odwodnienie wykopu.

- Wymagania eksploatacyjne. Jeśli w strefie przypowierzchniowej występuje warstwa słabsza posadawia się głębiej. Czasem głębsze posadowienie niż to wynikające
z głębokości przemarzania jest bardziej ekonomiczne z uwagi na wymiary stopy.

- Względy ekonomiczne. Większy wykop oznacza większe koszty (czas, zabezpieczenie wykopu, problemy z wodą gruntową, wywóz urobku)

14. Problem odrywania fundamentu od podłoża.

(rys1)- Mały mimośród rozkład naprężeń kontaktowych pod fundamentem
(rys2)- Duży mimośród-rozkład naprężeń pod fundamentem, odrywanie na długości szczeliny c(brak warunku uproszczonego)

widok z góry(rys3)

c<0.5c'-dla każdej kombinacji SG.
Dla obciążeń długotrwałych musi zachodzić bezwzględny brak odrywania.
Nie można uwzględniać siły rozciągającej miedzy fundamentem a podłożem gruntowym.

15. Warunki II stanu granicznego.

Ogólnie: [S]<=[Sdop]

S - symbol przemieszczeń uogólnionych

Sdop - symbol wartości dopuszczalnych normowo (często narzuca się jednak większe ograniczenia)

- Osiadanie średnie

- Przechylenie budowli

- Strzałka ugięcia

- Względna różnica osiadań

Wielkości rozważane w ramach II SG oblicza się biorąc pod uwagę stan po zakończeniu wznoszenia budowli. Obliczenia przeprowadza się na wartościach charakterystycznych. Rozważa się kombinację obciążeń stałych i zmiennych długotrwałych.

pk = pr/1,2

16. Obliczanie osiadań fundamentu.

Założenia:

-ośrodek gruntowy jest sprężysty liniowo- odkształcalny
-półprzestrzeń sprężysta
-grunt jednorodny i izotropowy
Rozróżniamy metody:

a) naprężeń- odkształceń jedno osiowych-metoda normowa

Założenia metody:
(rys)
Element gruntowy ulega skróceniu-bez rozszerzenia bocznego:
(wzór)

b) odkształceń- dopuszcza rozszerzenie boczne elementu gruntowego(należy analizować większe elementy)
Wzór dlka całej poł przestrzeni:
(wzór)
q-obc.podłoża
B-szerokość obciążanego obszaru
v-wsp. Poissona
w-wsp.kształtu
E-mod.Younga

c) Mes - metoda elementów skończonych-stosuje się dla bardziej zawansowanych zagadnień, modeli.

(rys) obciążenie pierwotne->konsolidacja->odciążenie->obc.wtórne
Przy obliczaniu uwzględnia się osiadania pierwotne(s') i wtórne (s'')

(wzór)
lambda-uwzględnia czas realizacji

17. Osiadania średnie fundamentów, przechylenie budowli, strzałka ugięcia, względna różnica osiadań.

1. Średnie osiadanie grupy fundamentów:

S_śr =

Si - osiadanie i-tego fundamentu

Ai - osiadanie podstawy

2. Przechylenie budowli

(rys)

Θ - kąt obrotu

np.: Θ « 0,003 - dla 10 kondygnacji

Całość osiadań można wyznaczyć pewną płaszczyzną:

s = ax + by + c

Θ =

3. Strzałka ugięcia

(rys)

f₀ = (1/L)*(L*s₀ - L₁*s₂ - L₂*s₁)

Ograniczenia normowe: f₀ « f_max

Strzałka ugięcia może powodować siły wewnętrzne w konstrukcji.

4. Względna różnica osiadań.

(rys)

Względna różnica osiadań:

(powstanie dodatkowych sił wewnętrznych w konstrukcji)

18. Założenia teorii konsolidacji wg Terzaghiego.

Założenia teorii:

1) pory w gruncie są całkowicie wypełnione wodą;

2) woda i szkielet gruntowy są nieściśliwe;

3) ściśliwość jest skutkiem zmiany porowatości;

4) woda nie przenosi naprężeń ścinających T (tylko naprężenia normalne);

5) zachodzi prawo filtracji Darcy'ego;

6) wsp. paroprzepuszczalności k jest wielkością stałą;

7) pomijamy inne czynniki wpływające na opór filtracji

(rys)

19. Równanie różniczkowe problemu konsolidacji.

Równanie różniczkowe konsolidacji - konsolidacja jednowymiarowa (zmiana osiadań w czasie):

s - osiadanie konsolidującej warstwy

m_v - wsp. ściśliwości objętościowej gruntu m_v = 1/M₀

(wzór)

Osiadanie na skutek zmiany porowatości:

(wzór)

v - prędkość odpływu wody

z - długość (wymiar pionowy)

v = k*i

i - spadek hydrauliczny

(wzór)

Równanie różniczkowe konsolidacji (otrzymane po podst. do równania

(wzór)

Przypadek trójwymiarowy dla ośrodka izotopowego:

(wzór)

Szybkość konsolidacji:

- piaski i żwiry - osiadania zrealizowane do końca budowy

- pyły - osiadania ustalają się od kilku tygodni do kilku miesięcy po zakończeniu budowy

- gliny - osiadania ustalają się od kilku miesięcy do kilku lat po zakończeniu

- iły - osiadania realizują się od kilku do kilkunastu lat po zakończeniu budowy

20. Metody odwadniania wykopów oraz warunki wykonywania drenażu.

1) odwadnianie wykopu

(rys)

s - obniżenie zwierciadła wody

h - min 0,5m

Jeżeli odwadniamy grunty spoiste to zasięg leja depresji jest mały.

(wzór)

promień dużej studni rds =

wydatek studni: q₀ =

promień leja depresji: R =

(rys)

(wzór)

wydatek pojedynczej studni: q_w =

hf - głębokość leja

Warunek konieczny:

(q₀/n) « q_w

Minimalny rozstaw studni po obwodzie: Lmin = 10*π*r_f

Studnie stosuje się jeżeli wsp wodoprzepuszczalności w temp. 10 st.C:

k₁₀»1m/dobę

k₁₀»1,2*10^-5 m/s

Jeżeli k₁₀«1m/dobę to stosuje się igłofiltry (z reguły jest ich więcej)

2) Obniżenie poziomu wody za pomocą drenażu (trwałe obniżenie)

(rys)

kolimacja - jest to wypełnienie porów (żwirku) przez drobne cząstki przenoszone przez wodę - powoduje zatykanie się drenu i brak drożności.

sufozja - wymywanie cząstek przez filtrującą wodę - zmniejszenie nośności gruntu lub utrata stateczności skarp.

21. Rodzaje wykopów stosowanie w geoinżynierii.

w zależności od kształtu:

- wąsko przestrzenne - ich szerokość jest mniejsza od głębokości - (np. pod instalacje wodociągowe)

- szerokoprzestrzenne - ich szerokość jest większa od głębokości - pod wszystkie roboty bud.

22. Metody zabezpieczenia wykopów:

a) otwarte (bez zabezpieczeń) - 1:m - określa szerokość skarpy „m” gdy wysokość jest jednostkowa.

Dopuszczalne nachylenie zależy od:

- rodzaju gruntu (piaski - łagodne pochylenia; skały - pionowa skarpa)

- (wysokości) głębokości, (im głębszy wykop tym skarpa łagodniejsza)

- obciążenia naziomu gdy:

H<3m - 1:0,75 + 1,1 obc. naz. (analiza stateczności gruntu gdy nie jesteśmy pewni) H= 3 do 5m - 1:1

H>5m - 1:1,5 (wykop doraźny na czas budowy)

(nasypy drogowe - skarpy na stałe 1:1,50)

b) zabezpieczone

- wykopy rozparte - płyty (deski) rozpierają się (rozporami) od jednej płaszczyzny do drugiej. (ścianka berlińska)

- wykopy podparte - deskowanie na skarpach zakotwione jest w gruncie na krawędzi skarpy oraz podparte jest podporą.

- ścianki szczelinowe, szczelne - wykonane ze ścianek pełnych zabezpieczających przed osunięciem się gruntu, elementy są zamocowane w gruncie na odpowiednią głębokość, pracują jak wspornik.

Ściana szczelinowa - betonowa, żelbetowa wykonywana w szczelinie gruntu (? Tak jest w notatkach)

Ściana szczelna - stalowe - ścianka garsena, profil stalowy o konkretnej długości, bariera przeciw migracji H2O.

-ścianki zakotwione - kotwy gruntowe działają jak podpory. Kotwy mogą być stalowe lub iniektowane (stal + beton pod ciśnieniem).

!!Do wszystkich przykładów w notatkach są odpowiednie schematy, należy się z nimi zapoznać!!

23. Zbrojenie gruntu geosyntetykami:

Siatki te posiadają odpowiednie wartości dotyczące wytrzymałości oraz sztywności. Metoda ta polega na wstawieniu do skarpy (gruntu) siatek - geosyntetyków warstwami co ok. 30cm oraz na powierzchni skarpy (rys.).

Rodzaje zabezpieczeń:

-siatka Tensar (posiada ona sztywne węzły w siatce)

-siatka trójkątna typu Tensar (oczka mają trójkątny kształt - rys.)

-siarki Huesker - mała rozciągliwość w czasie (brak pełzania), do kontr. oporowych.

24. Posadowienie fundamentu na poduszkach oraz geomateracach.

(brak odp na to pytanie)

25. Posadowienie na palach fundamentowych, rodzaje pali.

Pale - elementy konstrukcyjne, które przekazują obciążenia na mocne warstwy znajdujące się głęboko poprzez swoją podstawę i pobocznice. Mogą być projektowane jako wciskane lub jako wyciągane. Rodzaje pali:

a) ze względu na materiał - żelbetowe, betonowe, drewniane, stalowe, ścianki szczelne służące jako posadowienie głębokie.

b) ze względu na wykonanie - prefabrykowane (wpłukiwane, wbijane, wwibrowywane), z korkiem betonowym, wiercone, iniekcyjne, iniekcja wysokociśnieniowa, słupy uzwojone, CFA

c) w zależności od warunków pracy:

- stojące(słupy) - są to pale oparte stopą na stropie warstwy skalnej lub zwartych glin albo bardzo zagęszczonych żwirów i piasków grubych. Nośność dopuszczalna tych pali „U” jest równa nośności podłoża pod stopą „Us”;

- zawieszone(wiszące) - w jednorodnym słabym gruncie mają nośność „U” zależną od oporu gruntu wzdłuż pobocznicy „Up”;

- normalne - zapuszczone w nośną warstwę mają nośność „U”, wynikającą z oporu gruntu pod stopą „Us” i oporu wzdłuż pobocznicy „Up”.

Przy projektowaniu rozstawu pali należy spełnić warunek, aby wypadkowa sił stale działających na fundament i wypadkowa reakcji w palach leżały na tej samej prostej.

26. Nośność pali fundamentowych na wciskanie i wyciąganie.

Najbardziej istotna jest weryfikacja obliczeń nośności pali za pomocą próbnych obciążeń; obliczanie nośności jest wstępnym określaniem obciążeń obliczeniowych pali na tym samym terenie. Obciążenie obliczeniowe pali wywołane siłą pionową powinno spełniać warunek:

Qr <= m*N;

gdzie: Qr- obliczeniowe obc. działające wzdłuż osi pala;

m-współczynnik korekcyjny;

N- obliczeniowa nośność pala wyznaczona wg wzorów;

- dla pala wciskanego: Nt = Sp*q*Ap + Σ Ssi - Ti*Asi

- dla pala wyciąganego: Nm = Σ Si*Ti*Asi.

gdzie: Sp*q*Ap- nośność podstawy;

Σ Ssi*Ti*Asi- nośność pobocznicy (nośność sumowana po warstwach);

q - jednostkowa obliczeniowa wytrzymałość gruntu pod stopą pala;

Ti - jednostkowa oblicz. wytrzym gruntu warstwy i wzdłuż pobocznicy pala;

Ap - pole pod podstawą;

Asi - pole pobocznicy pala w warstwie „i”.

W przypadku gruntów bardzo słabych tarcie może być ujemne na pobocznicy w słabym gruncie.

27. Geoinżynieryjne metody wzmacniania podłoża - kolumny kamienne, konsolidacja

dynamiczne, wibroflotacja, wybuchy.

a) wywóz zdjętego gruntu i wymiana do 3-4m

b) wymiana całkowita lub częściowa (posadowienie na poduszce)

c) wzmocnienie gruntu:

- geomaterac - pod fundamentem umieszcza się wpierw siatkę, na którą wysypuje się 30-40cm kruszywa łamanego, następnie kolejną siatkę (spinaną szpilką), na owy materac wysypuje się przekładkę z piasku a następnie kolejny geomaterac. (rys.)

- georuszt - (rysunek w notatkach)

- pale - to takie elem. Konstrukcyjne, które przekazują obciążenia na mocne warstwy podłoża znajdujące się głęboko, poprzez swoją podstawę i pobocznicę. Prócz pali może wystąpić również posadowienie na studniach oraz kesonach (umożliwiają pracę pod wodą).

Rodzaje pali: żelbetowe, betonowe, drewniane, stalowe, ścianki szczelne.

Technologie wykonania: prefabrykowane (wwibrowywane, wbijane, franki, wibrowane, wiercone, iniekcyjne, CFA

Zbrojenie pali jako - kosze zbrojeniowe, dwuteownik, rura, rura odsadowa

-kolumny kamienne - (wzmocnienie gruntu do 7m) - tanie rozwiązanie. Polega to na wbijaniu ubijakiem elementów kamiennych w odległościach 3-4m.

- gdy występują grunty luźne można dokonać konsolidacji dynamicznej - ubijak stalowy o masie 7-15t zrzucony z wysokości 5-15m.

---