Podział fundamentów:

I kryt - z uwagi na głębokość posadowienia podstawy fundamentu

• płytkie (do 4,0 m)

• głębokie (pow 4,0 m)

II kryt z uwagi na sposób przenoszenia obciążeń

• fun bezpośredni

• fund pośrednie

• fund na palach

• fund na studniach

• fund na kesonach

III kryt z uwagi na sposób fundamentowania

• fundamentowanie wykonywane na wodzie

• na lądzie

fundamenty płytkie - bezpośrednie

Podstawowe obliczenia statyczne

1. Sprawdzenie warunków równowagi

• momentów

• sił pionowych

• sił poziomych

2. Wymiarowanie i obliczenia wytrzymałościowe fundamentu

3. Sprawdzenie stateczności uskoku naziomu w przypadku konstr oporowej

4. Stateczność zbocza w przypadku posadowienia fund na zboczu lub blisko jego krawędzi

1. Sprawdzenie warunków równowagi

1. momentów

• grunt bardzo wytrzymały

M_U - mom utrzymujący

M_W - mom wywracający

• grunt średnio i mało wytrzymały

Obrót fundamentu wraz z bryłą gruntu

1. warunek równowagi sił poziomych

• przesów na granicy fundamentu i gruntu

oddziaływanie adhezji

• przesunięcie na granicy warstw

ścięcie gruntu bezpośrednio pod fundamentem

warunek równowagi sił pionowych

należy :

1. wyznaczyć naprężenia

2. Sprawdzić wytrzymałość gruntu Q_r ≤ Q_f

3. Obliczyć osiadania S_obl ≤ S_dop

4. Sprawdzić różnicę osiadań ΔS_obl ≤ ΔS_dop

Ad 1 wyznaczenie naprężeń

Rozkład naprężeń

a) e=0

b)

c)
przypadek dopuszczalny jako obciążenie chwilowe

d)
przypadek niedopuszczalny

Ad 2 Sprawdzić wytrzymałość gruntu Q_r ≤m* Q_f

m=0,7-0,9

Q_r - obciążenie obliczeniowe pochodzące od ciężaru budowli

Q_f - graniczny odpór gruntu

,

N_C, N_D, N_B - klasyczne współczynniki wytrzymałości gruntu określone przez Terzaghi'ego

N_C, N_D, N_B f(φ)

c - kohezja gruntu

ρ*g=γ ρ - gęstość, g - przyspieszenie

i_C, i_B, i_D - współczynniki uwzględniające działanie sił poziomych

i_C, i_B, i_D f(φ, γ, δ)

δ - kąt nachylenia wypadkowej obciążeń do osi ściany

Ad 3 Obliczyć osiadania S_obl ≤ S_dop

η(
)

osiadanie obliczeniowe

osiadania zależą od :

• układu statycznego

• warunków eksploatacyjnych

• rodzaju konstrukcji

Ad 4 Sprawdzić różnicę osiadań ΔS_obl ≤ ΔS_dop

Rozwiązania konstrukcyjne fund bezpośrednich

1. Ławy - pod obc ciągłe przenoszone od ścian

Projektowanie polega na określeniu :

1. bezpiecznej szerokości ławy B

2. bezpiecznej wysokości ławy h

B Q_r≤Q_f h M_max

q_r≤q_f

Q^t_max

Rodzaje ław:

Betonowe,Żelbetowe

Wymiarowanie ławy betonowej

Z uwagi na zginanie

Klasa betonu B R_bbz

z uwagi na ścinanie

Wymiarowanie ławy żelbetowej

Klasa beton B R_bz R_b

h = h_o + otulina betonu

F_z z tablic A_o
A_o, F_z ξ

Stopy fundamentowe - przenoszą siłę skupioną, ze słupa

Sopy pojedyncze

e_obl ≤e_dop

h liczymy ze względu na zginanie wspornika M_max

Qz uwagi na pzrebicie stopy

Stopy prefabrykowane, Stopy grupowe,

Płyty fundamentowe - stosuje się

• przy dużych obciążeniach

• przy nierównomiernych osiadaniach

• przy konieczności zmniejszania naprężeń

• przy konieczności zachowania szczelności części podziemnej konstrukcji

Podział:

1. Płyty o jednakowej grubości

• sztywne h ≥ 0,8÷2,0

• sprężyste h < 0,8

zbrojenie płyt

• krzyżowe

• pręty odgięte

• pręty rozdzielcze φ10÷12 mm

• pręty główne φ18÷32 mm

2. Płyty żebrowane

3.Wanny żelbetowe

Konstrukcje oporowe

Rodzaje konstrukcji oporowych:

1. Mury oporowe

2. Ścianki szczelne

3. Ściany szczelinowe

4. Ściany z pali wierconych

5. Ściany formowane metodą JET-GROUTING

Ad 1 Mury oporowe

1. mury masywne

prostokątne trapezowe

schodkowe ze wspornikiem

2. mury lekkie

płytowo-kątowe płytowo-żebrowe tarczowe-kotwione

Zakres obliczeń ściany

1. Wyznaczenie obc działających na konstrukcje - parcie gruntu

2. Sprawdzenie stanu równowagi momentów

3. Sprawdzenie równowagi sił poziomych

4. Sprawdzenie równowagi sił pionowych

Q_r ≤m* Q_f

q_r ≤ m * q_f

5. Sprawdzenie osiadań

S_obl ≤ S_dop

ΔS_obl ≤ ΔS_dop

6. Stateczność uskoku naziomu

Do wyznaczenia F stosuje się metode Felleniusa

Met Felleniusa

1. Wyznaczenie punktu obrotu O

Dla gr niespoistych x = y = 0,27H

Dla gruntów spoistych x = y = 0

2. wyznaczenie promienia obrotu R

3. Podział klina odłamu objętego linią poślizgu na paski szerokości 0,1*R

4. Wyznaczanie sił i momentów

Wzmacnianie podłoża gruntowego

Celem wzmocnienia jest zwiększenie wytrzymałości gruntu i zmniejszenie jego odkształceń pod wpływem obciążenia

Metody:

Wibracja - luźny grunt zagęszczamy wibratorami podwieszonymi pod rusztowanie na nasypach

Wibroflotacji - przez rury z otworami u dołu (wibrofloty) wprowadza się pod ciśnieniem, a zaczepione u dołu wibratory zagęszczają grunt. W czasie napuszczania wody kolumny luźnego gruntu są wypełniane żwirem

Konsolidacja dynamiczna - (metoda udarowa) - z dużej wysokości zrzuca się ciężary, które zagęszczają grunt nawet do 8 m. Leje wypełniane żwirem i zagęszczane powierzchniowo

Kolumny żwirowe, żwirowo-kamienne, żwirowo-cementowe, cementowo-wapienne - specjalnymi urządzeniami wykonuje się otwory-kolumny, które wypełnia się żwirem....

Strumieniowe zastrzyki wysokociśnieniowe - przez rurę z wirującą dyszą i otworami podaje się zaczyn cementowy, powstają kolumny w miejscu wyciętego gruntu przez wirującą dyszę

Zastrzyki cementowe i krzemianowe - za pomocą injektorów wprowadza się w grunt pod wysokim ciśnieniem mleczko cementowe lub silikaty krzemowe (szkło wodne i chlorek wapnia). Oba silikaty łączą się tworząc żel krzemianu wapniowego. Ten twardnieje zespalając grunt

Elektrokinetyczne wzmacnianie gruntu - służy do ratownia zboczyprzed utratą stateczności, wykrzystuje zjawisko elektroosmozy. Jako anod używa się iniektory jako katod prętów. Przez iniektor podaje się szkło wodne, potem chlorek wapnia. Tworzy się żel krzemianu wapniowego

Metoda DSM (głębokie mieszanie gruntu)

Zbrojenie gruntu:

Stosuje się do zabezpieczenia skarp i zboczy

Do wzmacniania podłoża gruntowego

Zbrojenie metodą VIDALA - za pomocą metalowych taśm

Metoda gwoździowania - stosuje się pręty stalowe które są wciskane w grunt

Metoda geowłókniny - grunt przekłada się tkaniną gumowaną o dużej wytrzymałości

Metoda GABONY - metalowe kosze z kamieniami

Siatki GEOGRIDY - różnego rodzaju metalowe siatki które wzmacniają podłoże poprzez odpowiednie ułożenie

Obniżenie poziomu zwierciadła wody gruntowej

Bezpośrednie pompowanie wody z dna wykopu - wąski zakres stosowania (wąski wykop, małe przesączanie się wody do dna wykopu. Wodę wypompowuje się po tym jak zbierze się ona na dnie w rowkach i studniach. Pompowanie powoduje powstawanie ujemnego ciśnienia spływowego

Za pomocą studni wierconych - polega na wytworzeniu się leja depresyjnego wokół studni, którymi otaczamy miejsce budowy, w obrębie leja grunt jest osuszony, można prowadzić w nim roboty. Rozstaw studni ok. 20 m

Igłofiltry - system składa się z szeregu igłofiltrów, ich rozstaw ok. 1,0 do 1,5 m. Kolektor zbiorczy podłączony do agregatu pompującego wodę( obsługuje on 60 do 100 igłofiltrów)

Osuszanie gruntu za pomocą elektroosmozy - prąd stały wywołuje przepływ wody od anody (pręt) do katody (igłofiltr) - który wypompowuje wodę

Fundamentowanie na palach

Podział:

Ze względu na sposób przenoszenia obciążeń:

Fund na palach stojących - warstwy górne są małonośne, pale doprowadzamy do warstw nośnych, nośność pala związana jest tylko z jego podstawą: N = N_p

fund na palach zawieszonych - nie występuje warstwa wytrzymała

obciążenie przenoszą warstwy górne: N = N_s

pale typu pośredniego N = N_s + Np.

ze względu na materiał pala:

betonowe

żelbetowe

stalowe

ze względu na sposób wykonania i zagłębiania pali w gruncie

pale prefabrykowane: a) żelbetowe b) wstępnie sprężone

wykonywane w zakładach prefabrykacyjnych, lub na miejscu budowy lecz w szalunkach, wprowadza się je w grunt za pomocą Kafaru,

pale wykonywane w gruncie

• z rurą obsadową wwiercaną - pale WOLFSHOLTZA

• z rurą obsadowa wbijaną - FRANKI, VIBRO, VIBREX

• pale wykonywane systemem CFA - formowane świdrem ciągłym - ATLAS, OMEGA, STRASOL

• pale systemu JET-GROUTING - wysokociśnieniowe, iniekcyjne pale strumieniowe

• pale wiercone wielkośrednicowe - BENOTO, MAC ALPINE

• ze stalową rurą wciskaną - TUBEX

pale stalowe

podział:

• rurowe z dnem otwartym

• wykonane z brusów

• pale systemu├┤(dwuteowniki)

ze względu na średnicę pala:

• mikropale φ8 - 20 cm

• pale konwencjonalne φ25 - 40(60) cm

• pale wielkośrednicowe φ60 - 180 cm

pale Franki - z rurą obsadową wbijaną φ48 - 65 cm

Pale VIBRO (FUNDEX)

Pale VIBREX

Technologie wykonania pali Vibrex można podzielić na 5 faz:W grunt do wymaganej głębokości zostaje wbita kaforem Fundex rura stalowa zamknięta od dołu stalowym butem.Opuszcza się zbrojenia pala oraz wypełnienia się rurę mieszanką betonową o konsystencji gęstoplastycznej.podciąga się rurę, przy jednoczesnym wibrowaniu na wysokość od 1.5 - 3.0mmieszankę betonową w rurze uzupełnia się, aż do całkowitego jej wypełnienia, zamyka rurę od góry i powtórnie kafarem do poprzedniej głębokości.rurę obsadową wyciąga się z gruntu z jednoczesnym wibrowaniem betonu i ewentualnym jego uzupełnianiem

Pale CFA (STRASOL)

Świder wkręca się w rurę (φ40 - 80 cm - średnica talerzy świdra), doprowadza do warstwy nośnej, betonujemy trzon pala z jednoczesnym wykręcaniem świdra. Po wyciągnięciu świdra wciskamy zbrojenie

Pale ATLAS (ulepszone CFA)

Specjalny świder powodujący zagęszczanie i rozpychanie gruntu

Zbrojenie wprowadza się jeszcze przed betonowaniem, można stosować dłuższe pale, pal jednocześnie obracany i wciskany

Pale OMEGA (najnowsze CFA)

Tak skonstruowana końcówka, że przy wkręcaniu zagęszcza grunt, przy wykręcaniu zagęszcza go jeszcze bardziej

Pale WIELKOŚREDNICOWE

Dł. Do 30m

Wykonanie otworu (pod osłoną rury obsadowej lub zawiesiny fiksotropowej), zabezpieczenie ścian wykopu, włożenie za pomocą dźwigu zbrojenia do otworu, betonowanie trzonu pala, wyciąganie stalowej rury obsadowej z gruntu (ewentualnie odprowadzenie zawiesiny fiksotropowej do zbiorników

Pale JET-GROUTING

Pale wysokociśnieniowe, dysz ma 2 otwory do wody i mleczka cementowego, wprowadza się ją w grunt, dysza obraca się z dużą prędkością, woda pod wysokim ciśnieniem wycina grunt jednocześnie w otwór podawane jest mleczko cementowe, pale także można zbroić, wykonanie dosyć szybkie

Pale TUBEX - pale ze stalową rurą wciskaną

Rury mają odcinki 1m, pierwsza rura zakończona stożkiem, rury się łączy, najczęściej spawa, rurę się wciska i wypełnia betonemrura zostaje w gruncie. Dla zwiększenia nośności można je iniektować pod podstawą

Pale stalowe - rura otwarta lub zamknięta w podstawie, pale bardzo popularne w budownictwie hydrotechnicznym

Mikropale - φ8 - 20 cm stosowane do wzmacniania istniejących fundamentów, składają się z oddzielnych rur wciskanych w grunt. W dolnej części są perforowane, co umożliwia wprowadzenie pod ciśnieniem zaczynu cementowego

F-W - odcinkowe rurki (1,0 1,5) są wkręcane w grunt, łatwo się wciskają bo są małe średnice, stosowany jest specjalny nóż który ułatwia wkręcanie, iniekcjuje się trzon pala, stosowano do zabezpieczania istniejących budynków

Pale WOLFSHOLTZA

Pal z rurą obsadową wwiercaną świdrem wybiera się grunt z wnętrza rury, wciskując jednocześnie rurę (rura zawsze wyprzedza świder) do rury wprowadza się 2 przewody, jednym tłoczy się pod ciśnieniem wodę, drugi służy do betonowania pala, dobieramy takie ciśnienie, by rura była wypychana z gruntu, beton zagęszcza się sprężonym powietrzem

Nośność i osiadanie pali

Metody projektowania

1. próbne obciążenia statyczne

2. stosowane empiryczne lub analityczne metody obliczeń

3. próbne obciążenia dynamiczne

4. na podst obserwacji funkcjonowania porównywalnych fundamentów palowych

Nośność pali i fundamentów palowych

Q_r - obciążenie obliczeniowe

N - nośność

m - współczynnik korekcyjny

N = N_P + N_S N_P - nos podstawy N_S - nos pobocznicy

- dla pala wyciąganego

S_P S_Si S_i^W - współczynniki technologiczne zależne od:

• sposobu wykonawstwa pala

• rodzaju gruntu

• kierunku działania siły

A_P - powierzchnia podstawy

A_Si - powierzchnia pobocznicy pala

q^® t^® wytrzymałość gruntu pod podstawą pala/wzdłuż pobocznicy

tarcie negatywne - występuje w wyniku obciążenia naziomem, zmiany zwierciadła w g, naturalnego osiadania

Nośność pali w grupie

N^gr = ΣN^P gdy:

• nie zachodzą na siebie strefy naprężeń

• podstawy pali oparte są na gruncie skalistym lub bardzo wytrzymałym

m₁ f(
)

Osiadanie pali

Osiadanie pojedynczego pala

Q_h - nośność charakterystyczna

H - zagłębienie pala

E_o - moduł odkształcenia

J_W - współczynnik wpływu osiadania

Średnie osiadanie grupy pali

Wzory dynamiczne do określania nośności pala

I grupa - wzory dynamiczne określają nośność pala na podstawie związku między pędem pala a pracą potrzebna do jego osiągnięcia w czasie wbijania pala - tylko dla pali prefabrykowanych lub z rurą obsadową (FRANKI VIBRO)

E=D*C

E - energia potrzebna do wbicia pala

C - pęd pala

s, k - współczynniki dodawane dla bezpieczeństwa

C₁ - sprężyste odkształcenie gruntu

C₂ - sprężyste odkształcenie pala

C₃ - sprężyste odkształcenie kołpaka

S - współczynnik strat

Q - ciężar młota G - ciężar pala a- ramię uderzenia

, N - nos statyczna pala, D - nos dynamiczna,

F - wsp bezpieczeństwa (F=3)

Wzór Hiley'a:

f - współczynnik wydajności młota kafara

II Grupa oparta jest na zasadzie zachowania pędu

w praktyce:

Wady wzorów dynamicznych:

W przypadku gruntów spoistych wzory są zafałszowane ze względu na to że w porach gruntu jest woda

Wzory dynamiczne można stosować w przypadku gruntów przepuszczalnych

Mamy 3 metody obliczania nośności grupy pali

Empiryczne - zabronione w Polsce

Metoda fundamentu zastępczego

Liczymy osiadania jak dla płyty

Metoda Poulusa - daje za duże wyniki osiadań w stosunku do rzeczywistych 2 - 3 razy większe

Dla sprawdzenia rzeczywistej nośności pali konieczne jest wykonanie próbnych obciążeń statycznych

• SLT

• DLT

• Badanie ciągłości pala

• Poprzez wybuch

Obliczanie nośności bocznej pala

Układy statyczne pali

Ustroje palowe

Obc nierównomierne gdy są duże obc poziome

Ściany szczelinowe

Ściany betonowane w wąskich i głębokich wykopach pod osłoną zawiesiny hiksotropowejlub montowane z płyt prefabrykowanych. Zawiesina hiksotropowa posiada właściwości rozpierające i utrzymujące w równowadze ściany wykopów

Szerokość wykopów 0,6 0,8 1,0 1,2 głębokości dochodzą do 60m

Zastosowanie ścian

• ściana oporowa

• głębokie fundamenty budowli

• obudowy głębokich wykopów

• obudowy tuneli, kanałów, metra

• przegrody wodoszczelne

• podziemne ściany konstrukcyjne budynku

technologia wykonawstwa ściany

1. ściany wykonywane na miejscu budowy

• wykonanie wykopu szczeliny przy pomocy koparek - głębiarek lub hydrofrezarek, wgłębianie następuje odcinkami

• w czasie głębienia wykopu wypełnia się go zawiesiną hiksotropową

• po wykonaniu sekcji (6 m) ustawia się zbrojenie

• betonowanie sekcji - metoda CONTRAKTOR

• do połączenia ścian szczelinowych stosuje się łączniki

2. ściany prefabrykowane

• wykonuje się szczelinę pod osłoną zawiesiny hiksotropowej

• ustawia się płyty - zazębia się

Ścianki szczelne

Zaliczane są do konstrukcji oporowych, służą do utrzymania naziomu, oddzielenia od akwenu wodnego, składają się z elementów zwanych Brusami, łączonych za pomocą specjalnych zamków

Zastosowanie:

• jako budowle pomocnicze (obudowy wykopów, przegrody filtracyjne)

• jako stałe el konstr budowli np. do budowy nabrzeży

Podział:

• stalowe

• żelbetowe prefabrykowane

stalowe:

• profil płaski Lackarana W_x =100-400 cm³

• profil korytkowy Larssona W_x =800-4000 cm³

- profil zetowy Kruppa W_x =3000-6000 cm³

- profil dwuteowy Peina W_x =8000-12000 cm³

Żelbetowe prefabrykowane

• z zamkiem własnym

• z zamkiem obcym - prefabrykat

Są ciężkie, wymagają transportu z zakładu prefabrykacji, przenoszą duże obciążenia pionowe, wbijane kafarem

Obliczenia ścianek szczelnych

1. schemat statyczny ścianki

2. Wyznaczanie obciążeń

3. wyznaczanie M_max i R - metoda Bluma

• wykres parcia i odporu

• wielobok sił rzeczywistych

• wykres momentów

• wykres sił fikcyjnych

• linia ugięcia

Sposoby kotwienia ścianek szczelnych

Płyta lub ściana kotwiąca

Blok kotwiący

Za pomocą kozłów palowych

Za pomocą kotew gruntowych iniektowanych

Faza 1

Przewierca się grunt i wprowadza rurę z szeregiem ciągien

Faza 2

Wykonanie buławy kotwiącej

Faza 3

Wyciągnięcie rury z gruntu, naciągnięcie ciągien za pomoca prasy hydraulicznej

Faza 4

Zakotwienie ciągien

Fundamentowanie na studniach

• przy fund pośrednich

• obecnie się ich prawie nie stosuje

• podział:

1

a)studnie zapuszczane na mokro metodą wabrowania

b)studnie zapuszczane na such

2

a) studnie betonowane na mokro na miejscu budowy

b) studnie prefabrykowane

elementy studni:

Po wykonaniu studni robi się fundament

Studni nie można wkonywać obok istniejących budowli

Przekroje studni

Obliczenia fundamentów na studniach

1. określenie wymiarów zewn studni (średnicy D i zagłębienia H)

2. sprawdzenie warunków równowagi

Q_r ≤ N N = O * H * T + F * q_t

T -tarcie O -obwód F -pow podstawy q_t -wytrzymałość gr pod podstawą

T = e_C * tgδ + a

3. Wymiarowanie płaszcza studni (grubości)

G>T G - ciężar

P_α = P_A [1+(ω-1)*sinα] najczęściej ω=2

H = 0,15pr²

N=1,78pr

4. Sprawdzenie ostrza studni na wyłamanie

5. Obliczenie korka studni

M=0,198 q_r² s=2,7

R_r wytrzymałość betonu na rozciąganie przy zginaniu

KESON

Otwarta od dołu skrzynia żelbetowa, którą zapuszcza się w grunt aż do warstwy wytrzymałej poprzez wydobywanie gruntu z wnętrza komory kesonu. Wraz z zagłębieniem kesonu nadbudowywuje się mur kesonowy tak by jego wieniec wystawał ponad poziom w g Podczas zagłębiania kesonu do komory tłoczy się sprężone powietrze które uniemożliwia dostanie się wody do kesonu

Obliczenia kesonów

Fundamentowanie na wodzie

Metody:

1. fundamentowanie w grodzi

miejsce budowy otacza się grodzą grodza musi być warstwą szczelną , wypompowywuje się wodę i fundamentuje na sucho

rodzaje gródz:

a sypane - wały ziemne wewnątrz uszczelnione gr spoistym

b stawiane : koszycowe - drewniane skrzynie wypełnione gr spoistym zatopione

c wpuszczane - ze stalowych ścianek szczelnych (pojedyncza, podwójna ścianka szczelna)lub komorowe

2. fundamentowanie systemem budownictwa wodnego

• bespośrednie układanie betonu w szalunku pod wodą

• betonowanie wgłębne (metoda podnoszącej się zaprawy)

zatapia się szalunek montuje i ustawia rury spustowe w szalunku od φ150 mm w rozstawie 3 -6 m, wsypuje się do szalunku kruszywa i wypełnia kruszywo zaprawą cementową

3. fundamentowanie przy użyciu kesonów

4. Fundamenty stawiane

Metody obliczeń fundamentów palowych

1. Metoda sztywnego oczepu

Oczep ni ulega odkształceniu a przemieszcza się jak bryła

2. metoda sprężystego oczepu i niepodatnych podpór palowych

uzyskujemy siły w palach i wykresy sił wewnętrznych w oczepie

WADY:

• rozkład sił w palach odbiega od rzeczywistych

• zaniżone momenty przęsłowe

• zawyżone momenty podporowe

3. metoda sprężystego oczepu i podatnych (sprężystych) podpór palowych

4. Metoda współpracy pali z gruntem jako ośrodkiem sprężystym lub sprężysto-plastycznym

---