Obliczenie parcia, Politechnika Gdańska Budownictwo, Semestr 4, Fundamentowanie, Ćwiczenia, Projekt Ścianki Szczelnej


Politechnika Gdańska Gdańsk 23.06.2010r.

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

PROJEKT Z FUNDAMENTOWANIA

ŚCIANKA SZCZELNA

Temat nr 14

Wykonała:
Ewelina Kapiszka

WILiŚ, sem. IV, grupa 3

Spis Treści

1.Opis techniczny str.3-5

2.Ustalanie parametrów geotechniczny wg PN-81/B-03020 str.6

3. Obliczenia statyczne str.7-12

4. Wymiarowanie elementów ścianki str.13-14

5. Obliczenia zakotwienia ścianki str.15-16

6. Obliczenia stateczności ogólnej str.17

7. Rysunki .

1.0 Opis techniczny

1.1 Podstawa opracowania

Podstawą opracowania był temat projektu nr 14 wydany przez Katedrę Geotechnik, Geologii i Budownictwa Morskiego Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej.

1.2 Przedmiot i zakres opracowania.

Przedmiotem projektu jest ścianka szczelna jednokrotnie zakotwiona dla zadanych warunków.

W otrzymanym projekcie został podany opis parametrów geotechnicznych gruntu, który pozwolił na obliczenie sił parcia i odporu działającego w gruncie. Następnym krokiem było obliczenia ścianki szczelnej metodą analityczną dla dwóch schematów statycznych: dołem wolno podparta oraz dołem utwierdzona. Wykonano również wymiarowanie elementów ścianki : brusów, kleszczy i śrub. Obliczono zakotwienie blokowe i sprawdzono stateczność ścianki za pomocą metody Kranza. Do projektu zostały dołączone rysunki techniczne wykonane w programie Autocad Civil 3D 2010.

1.3 Wykorzystane materiały:

1.4 Lokalizacja obiektu

Projektowany obiekt zostanie zastosowany w celu podtrzymania nasypu w trakcie budowy domku jednorodzinnego w Mostach Złote Piaski.

1.5 Warunki gruntowe i wodne

Grunt na którym zostanie posadowiony obiekt jest uwarstwiony.

-Piasek pylasty Ppyl ID=0,32 o miąższości 2,2 m

-Piasek gruby Pr ID=0,58 o miąższości 3,0 i sięgający do 5,2m

-Glina piaszczysta Gp IL=0,11 zalegająca do 6,9m za

-Piasek średni Ps ID=0,63

W gruncie występują dwa zwierciadła wody , pierwsze na głębokości 2,8 m p.p.t a drugie na głębokości 7,5m p.p.t

1.6 Stan istniejący

Na terenie budowy znajduje się garaż blaszany przeznaczony do rozbiórki. Działka jest nieuzbrojona. Najbliższy zabudowania znajdują się ponad 900m od granicy budowy. Jedynymi robotami przygotowującymi teren pod inwestycje będą prace rozbiórkowe garażu.

1.7 Opis konstrukcji

1.7.1 Ogólna charakterystyka konstrukcji

Konstrukcja została zaprojektowana na działanie sił parcia oraz odporu pochodzących od gruntu oraz wody, oraz na obciążenie naziomu wynoszące 16 kPa/mb.

1.7.2 Opis poszczególnych elementów konstrukcji

Całkowita długość ścianki szczelnej wynosi 7,5 m, natomiast zagłębienie poniżej dolnego naziomu wynosi 2,3m. Została zaprojektowana jako jednokrotnie zakotwiona, wolnopodparta. Brusy wykonano o profilu firmy Arcelor typu PU6 ze stali St3SX. Zakotwienie jest blokowe(wymiary bloku -1,5x1,2x2,2[m]), rozstaw między ściągami wynosi 2,4m, śruby zastosowano M30. Kleszcze wykonano z ceowników C200 ze stali St3W.

1.7.3 Opis obliczeń statycznych

Ścianka została zaprojektowana jako jednokrotnie zakotwiona w gruncie, wykonania z brusów stalowych. Zakotwienie w postaci ściągu znajduje się 1,5 m pod powierzchnią górnego naziomu. Ściąg przenosi siłę kotwienia na zastosowany blok kotwiący. Utrzymanie ściągów oraz równomierny rozkład siły na każdy z nich uzyskano dzięki zastosowaniu kleszczy.

W projekcie zostały policzone metodą analityczną dwa schematy statyczne dołem wolno podparta oraz dołem utwierdzona ścianka szczelna. Wymiarowanie elementów takich jak kleszcze czy śruby posłużono się obliczeniami wytrzymałościowymi. Obliczenie stateczności ścianki policzono za pomocą metody Kranza.

1.8 Technologia wykonania

Ściankę mocuje się w gruncie poprzez wbijanie. Wbijanie ścianki zaczyna się od narożnika. Brusy wbija się po 2 sztuki na odcinku wytyczonym drewnianymi prowadnicami ułożonymi na ziemi o rozstawie równym wielokrotności szerokości brusu. Do wbijania najlepiej wykorzystać 2 ubijaki zwane kafarami. Jeden wbija brusy na 2 ÷ 4 m, drugi w odstępie 4 ÷ 5 m za pierwszym wbija na głębokość właściwą. Dzięki temu likwidujemy w gruncie zbędne naprężenia.

Gdy ostatni brus zostanie wbity, należy wykonać odkop po obu stronach profilu tuż przy ściance na 1,5 m w celu zamocowania kleszczy, które składają się z dwóch ceowników C 200. Do zamocowania należy zastosować śruby M30 klasy 5.6. Grunt z wykopu należy wykorzystać jako grunt zasypowy. W odstępach co 2,4 m mocuje się ściąg wykonany z pręta o średnicy Φ50 mm. Na ściąg należy założyć nakrętki napinające (śruby rzymskie). Po zamocowaniu ściągu należy zasypać oczep oraz zagęścić grunt. Za pomocą śruby zaciąga się ściąg. Grunt zasypujemy dopiero wtedy gdy wystąpi dostateczny opór.

1.9 Informacja bezpieczeństwa i ochrony zdrowia BIOZ

Roboty budowlane mogą stworzyć szczególne wysokie ryzyko powstania zagrożenia bezpieczeństwa i zdrowia ludzi, w szczególności przez przysypanie ziemią, upadku z wysokości czy montażu ciężkich elementów konstrukcyjnych.

Szkolenie BHP przeprowadza kierownik budowy.

1.10 Uwagi

Większość obliczeń wykonywana była w programie AutoCad Civil 3D 2010, między innymi policzenie pól w metodzie Kranza, ramienia działania sil czy odczytanie konkretnych wartości na wykresach.

2.Ustalenie parametrów geotechnicznych wg PN-81/B-03020

0x01 graphic

Do obliczeń przyjęto poniższe wzory:

n=[ρs(1+wn)-ρ]/[ρs(1+wn)]

ρ'=(1-n)(ρsw)

γ=ρg

γ'=ρ'g

przyjęto :

ρw=1 [g/cm3]

g=10 [m/s2]

3.0 Obliczenia statyczne

Obliczenie parcia gruntu:

Współczynnik parcia: (dokładność do drugiego miejsca po przecinku, obliczenia na podstawie arkusza kalkulacyjnego na stronie domowej dr inż. Marcina Cudnego http://pg.gda.pl/~mcud/ )

Warstwa I

φ=Ø1=29,2° δa=0,0 δp=0,0 α=0,0 β=0,0

Ka1=0,34

Warstwa II

φ=Ø2=33,7° δa=0,0 δp=0,0 α=0,0 β=0,0

Ka2=0,29

Warstwa III

φ=Ø3=21,9° δa=0,0 δp=0,0 α=0,0 β=0,0

Ka3=0,46

Warstwa IV

φ=Ø4=33,9° δa=0,0 δp=0,0 α=0,0 β=0,0

Ka4=0,28

Jednostkowe parcie graniczne:

Punkt 1

ea1=q* Ka1=16*0,34=5,44 kPa

Punkt 2

ea2(górne)=(q+17*h1)* Ka1=(16+17*2,2)*0,34=18,156 kPa

ea2(dolne)=(q+17*h1)* Ka2=(16+17*2,2)*0,29=15,486 kPa

Punkt 3 -poziom wody gruntowej gdzie m= a-h1=2,8-2,2=0,6m

ea3= (q+17*h1+ 18,5*m)*Ka2=( 16+17*2,2+18,5*0,6 )*0,29=18,705 kPa

Punkt 4 gdzie m=a-h1=2,8-2,2=0,6m ; n=h2-m=3,0-0,6=2,4m

ea4(górne)=(q+17*h1+ 18,5*m+ 11,12*n)*Ka2

ea4(górne)=(16+17*2,2+18,5*0,6+11,12*2,4)*0,29=26,445 kPa

ea4(dolne)=(q+17*h1+ 18,5*m+ 11,12*n)*Ka3-2c* (Ka3 ) 0,5 =

=(16+17*2,2+18,5*0,6+11,12*2,4)*0,46-2*15,5*0,460,5=41,946kPa-21,03kPa=20,916kPa

Punkt 5

ea5(górne)=(q+17*h1+ 18,5*m+ 11,12*n+12,29*h3)*Ka3 -2c* (Ka3 ) 0,5 =

(16+17*2,2+18,5*0,6+11,12*2,4+12,29*1,7)*0,46 - 2*15,5*0,460,5=51,557 kPa-21,025 kPa=30,532 kPa

ea5(dolne)=(q+17*h1+ 18,5*m+ 11,12*n+12,29*h3)*Ka4=

(16+17*2,2+18,5*0,6+11,12*2,4+12,29*1,7)*0,28=31,383 kPa

Punkt 7 h4=2,3m

ea7=(q+ 17*h1+ 18,5*m+ 11,12*n+12,29*h3+11,12*h4)=

=( 16+17*2,2+18,5*0,6+11,12*2,4+12,29*1,7+11,12*2,3)*0,28=38,544 kPa

Obliczenia parcia wody:

∆hw=H+d-a=5,2+2,3-2,8=4,7m γw = 9,81

ew (max) = γw*∆hw=9,81*4,7=46,107 kPa

punkt 3 ew3=0 kPa

punkt 4 n=2,4m ew4=γw*n=9,81*2,4=23,544 kPa

punkt 5 ew5=γw*(n+h3)=9,81*4,1=40,221 kPa

punkt 6 ew6=γw*∆hw=9,81*4,7=46,107 kPa

punkt 7 ew7= ew6=46,107 kPa

Obliczenie odporu:

Współczynnik odporu:(dokładność do drugiego miejsca po przecinku, obliczenia na podstawie arkusza kalkulacyjnego na stronie domowej dr inż. Marcina Cudnego http://pg.gda.pl/~mcud/ )

Warstwa III

φ=Ø3=21,9° δa=0,0 δp=- Ø3 = -21,9° α=0,0 β=0,0 η=0,7

Kp3=3,86

Kph3= =η*Kp3*cosδp=0,7*3,86*cos(-21,9)=2,507

Warstwa IV

φ=Ø4=33,9° δa=0,0 δp=- Ø3= -33,9°/2=-16,95° α=0,0 β=0,0 η=0,85

Kp4=6,42

Kph4= =η*Kp4*cosδp=0,85*6,42*cos(-16,95)=5,22

Jednostkowy odpór:

c*=0,5c

Punkt 4 ep4=2c* (Kph3)0,5=2*0,5*15,5*2,5070,5=24,542 kPa

Punkt 5 ep5(górne)=22*h3*Kph3 +2c*Kph3 0,5=

22*1,7*2,507+2*0,5*15,5*2,5070,5=118,304 kPa

ep5(dolne)=22*h3*Kph4=22*1,7*5,22=195,228 kPa

Punkt 6 ep6=(22*h3+18,5*(d-h3))*Kph4=(22*1,7+18,5*0,6)*5,22=253,17kPa

Punkt 7 d'=1,7m

ep6=(22*h3+18,5*(d-h3)+11,12*d')*Kph4=

(22*1,7+18,5*0,6+11,12*1,7)*5,22=351,849 kPa

3.1 Ścianka jednokrotnie zakotwiona, wolnopodparta

Wypadkowe parcia (wykres w załącznikach)

Ea1=25,956kN/m rA1a=0,202m

Ea2=10,257kN/m rA2a=1,009m

Ea3=82,433kN/m rA3a=2,682m

Ea4=4,998kN/m rA4a=3,867m

Ep1=28,486kN/m rA1p=5,0m

Miejsce zerowania się parcia i odporu: u=0,502m

Podpora 1,5 poniżej górnego naziomu

Ep*=(173,8119-123,624)/0,6x*0,5x+123,624x=41,823x2+123,624x

Obliczenie zagłębienia ścianki:

∑MA=0 →

- Ea1* rA1a+ Ea2* rA2a+ Ea3* rA3a+ Ea4* rA4a- Ep1* rA1p-41,823x2(3,7+0,502+2/3x)-123,624x(3,7+0,502+0,5x)=0

-25,956*0,202+10,257*1,009+82,433*2,682+4,998*3,867-28,486*5-41,823x2(3,7+0,502+2/3x)-123,624x(3,7+0,502+0,5x)=0

103,089-175,74x2-27,882x3-519,468x-61,812x2=0

-27,882x3-237,552x2-519,468x+103,089=0

Metodą kolejnych przybliżeń obliczono x:

x=0,2 -10,53≠0

x=0,1 48,74≠0

x=0,183 -0,1≈

t=1,17+0,183=1,883m

tr=1,2*t=1,2*1,883=2,26m przyjęto zagłębienie 2,3m

Ep*=41,823*0,1832+123,624*0,183=[1,4+22,44] kN/m

RA=25,956+10,257+82,433+4,998-28,486-1,4-22,44=71,318 kN/m

Obliczenia maksymalnego momentu

gdy T=0, to Mmax

RA- Ea1- Ea2-18,705xm-(49,989-18,705)/2,4xm*0,5xm=0

71,318-25,956-10,257-18,705xm-(49,989-18,705)/2,4xm*0,5xm=0

35,105-18,705xm-6,5175xm2=0

-6,5175xm2-18,705xm+35,105=0

∆=1265,064 √∆=35,568

xm=(18,705-35,568)/-2*6,5175=1,294m

Mmax=71,318(5,2-1,5-2,4+1,294)-25,956*2,796-10,257*1,585-24,204*0,647-16,373*0,431=73,452 kNm/mb

Mrmax=1,25*Mmax=1,25*73,452=91,815kNm/mb

3.2 Ściana jednokrotnie zakotwiona, utwierdzona

Podpora 1,5 poniżej górnego naziomu

Wypadkowe parcia (wykres w załącznikach)

Ea1=25,956kN/m rA1a=0,202m

Ea2=10,257kN/m rA2a=1,009m

Ea3=82,433kN/m rA3a=2,682m

Ea4=4,998kN/m rA4a=3,867m

Ep1=28,486kN/m rA1p=5,0m

Miejsce zerowania się parcia i odporu: u=0,502m

Obliczenie reakcji podporowe RB

∑MA=0 → -Ea1* rA1a+ Ea2*rA2a+ Ea3* rA3a+ Ea4* rA4a- RB(0,502+3,7)=0

-25,956*0,202+10,257*1,009+82,433*2,682+4,998*3,867-RB(0,502+3,7)=0

245,519=RB*4,202

RB=58,429kN/m

Obliczenie rekacji RA

∑Px=0 → Ea1+ Ea2+ Ea3+ Ea4- RB-RA=0

25,956+10,257+82,433+4,998-58,429-RA=0

RA=65,215kN/m

Obliczenia maksymalnego momentu dla górnej części belki ( M1max )

gdy T=0 , to M1max

Ea1- RA+ Ea2+18,705*xm+(49,989-18,705)/2,4*xm*0,5*xm=0

25,956-65,215+10,257+18,705*xm+(49,989-18,705)/2,4*xm*0,5*xm=0

-29,002+18,705xm+18,705xm+6,5175xm2=0

6,5175xm2+18,705xm-29,002=0

∆=349,877+4*6,5175*29,002=1105,959 √∆=33,256

xm= (-18,705+33,256)/2*6,5175=1,12m

M1max=65,215(3,7-2,4+1,12)-25,956*2,62-10,257*1,41-18,705*1,12*0,5*1,12-6,5175*1,122*1/3*1,12=157,82-68-14,46-11,73-3,05=60,58kNm/mb

M1maxr=1,25*M1max=1,25*60,58=75,725kNm/mb

Obliczenia zagłębienia ścianki:

-RB(1,198+0,6+x)+28,486(0,999+x)+(173,8119-123,624)*0,6*0,5(1/3*0,6+x)+ +123,624*0,6(0,3+x)+(267,198-173,8119)/1,7*x*0,5*x*1/3*x+173,8119*x*05*x=0

-105,055-58,429x+28,458+28,486+3,011+15,056x+22,252+74,174x+9,1555x3+86,906x2=0

9,1555x3+86,906x2+59,287x-51,334=0

Metodą kolejnych przybliżeń obliczono x:

x=0,3 -25,479≠0

x=0,5 1,18≠0

x=0,49 -0,34≈0

t=2,3+0,49=2,79

tr=1,2*2,79=3,348 przyjęto zagłębienie na 3,4m

Obliczenie drugiego momentu maksymalnego, dla dolnej części belki (M2max)

Gdy T=0 , to M2max

Ep1+Ep2+123,624xm+(173,8119-123,624)/0,6*xm*0,5xm- RB=0

28,486+89,23+123,624xm+(173,8119-123,624)/0,6*xm*0,5xm-58,429=0

-29,943+123,624xm+41,823xm2=0

41,823xm2+123,624xm-29,943=0

√∆=142,45

xm = (-123,624+142,45)/2*41,823=0,225m

M2max=-58,429*1,423+28,486(0,399+0,225)+123,624*0,225*0,5*0,225+(173,8119-123,624)/0,6*0,225*0,5*0,225*1/3*0,225=-83,144+17,775+3,129+0,159=-62,081kNm/mb

M2maxr=1,25*M2max=1,25*62,081=77,601 kNm/mb

4.0 Wymiarowanie elementów ścianki

4.1Wymiarowanie brusów ścianki

Mmax=91,815 kNm/mb

Przyjęto stal St3SX → fd=195MPa=19,5 kN/cm2

σ= Mmax/ Wx≤ fd

Wx≥Mmax/fd

Mmax/fd=9181,5kNcm/cm2/19,5kNcm2=470,85cm3

Dla profilu PU 6 Wx=600 cm3

Wx=600 cm3≥470,85cm3

Przyjęto profil firmy Arcelor typu PU 6 , stal typu St3SX

4.2 Wymiarowanie kleszczy na zginanie

ls=2,4m , S=71,318kN ,

przyjęto stal St3W → fd=205MPa=20,5 kN/cm2

s= S/ls=71,318kN/m/2,4m=29,716kN/m

Mmax=0,1s(2ls)2=0,1*29,716kN/m(2*2,4m)2=68,466kNm/mb

σ= Mmax/ Wx≤ fd

Wx≥Mmax/fd

Mmax/fd=6846,6/20,5=333,98cm3

Dla kleszczy C 200 Wx=2*191cm3=382cm3

Wx=382cm3≥333,98cm3

Przyjęto 2 kleszcze ceowe C200 ze stali St3W

4.3 Wymiarowanie śruby

Rm=500MPa , Re=380MPa , S=71,318kN/m*2,4m=171,1632kN

σ= S/A≤ σdop

σdop =min{0,65* Rm;0,85* Re }= min{0,65* 500MPa;0,85* 380MPa }=323 MPa

σ=171,1632kN/A≤323 MPa

dla śruby M30 A=5,61cm3=5,61*10-4m2

σ=171,1632/8,17*10-4=305103,74kN/m2≈305,104MPa≤ σdop=323 MPa

Przyjęto śrube M30 A=5,61cm2; klasy 5,6

5.0 Obliczenia zakotwienia ścianki

Dane: a=2,4m ; γ=17kN/m3 ; γb=24kN/m3 ; Ф=29,2° H=2,1m ; h=1,2m; h1=H-h=0,9m

0x08 graphic

Kp=4,57→obliczone na podstawie arkusza kalkulacyjnego ze strony http://pg.gda.pl/~mcud/

Kph=ηKpcosδp , gdzie η=0,85 cos δp=cos14,6°=0,97

Kph=0,85*4,57*0,97=3,77

ep1=γh1Kph=17*0,9*3,77=57,681kPa

ep2=γHKph=17*2,1*3,77=134,589kPa

H/h=2,1/1,2=1,75 → β=2,25( na podstawie tabl.2) bz=b*β=1,2m*2,25=2,7m ; a=2,4m

bz≥a → 2,7m≥2,4m

Q1=Eph= (ep1 + ep2 )/2*h*a=(57,681+134,589)/2*1.2*2,4=276,869kN

ea0=5,44kPa , Ka1=0,34→ wartość z początkowych obliczeń

ea1= ea0 + h1γ Ka1=5,44+0,9*17*0,34=10,642kPa

ea2= ea0 +Hγ Ka1=5,44+2,1*17*0,34=17,578kPa

Q2=Ea= (ea1+ ea2)/2*h*b= (10,642+17,578)/2*1,2*1,2=20,3184kN

Q3=G1tgδ → W moich obliczeniach przyjmuje Q3=0

Ciężar gruntu nad blokiem:

G1=h1*l*b* γ=0,9*1,5*1,2*17=27,54kN

Ciężar bloku:

G2=h*b*l* γb =1,2*1,2*1,5*24=51,84kN

Q4=(G1+G2)tgδ=(27,54+51,84)tg29,2/2=20,639kN

Ko=1-sinФ=0,512 ; tgδ=tg(Ф/2)

Eo= γ *(H-h)/2* Ko*h*l =17*(2,1+1,2)/2*0,512*1,2*1,5=25,851kN

Q5=Eo tgδ=25,851*0,26=6,721kN

Zdolność kotwiąca:

Qc= Q1- Q2+ Q3 + Q4+2 Q5= 276,869-20,3184+20,639+2*6,721=290,6316kN

S=RA*a=71,318*2,4=171,1632kN

Warunek : S≤0,8 Qc

171,1632≤232,505kN warunek spełniony

6.0 Obliczenia stateczności ogólnej

P5=1,06m*16kPa = 16,96

P4=2,99m*16 kPa=47,84

P3=4,23m*16 kPa=67,68

P2=1,06m*16 kPa=16,96

P1=0,18m*16 kPa=2,88

G5=0,32m2*11,12kN/m3+1,8m2*12,29 kN/m3+2,54m2*11,12 kN/m3+0,63m2*18,5 kN/m3+2,32m2*17 kN/m3=105,0202kN/m

G4=2,55m2*12,29 kN/m3+7,2m2*11,12 kN/m3+1,8m2*18,5 kN/m3+6,6m2*17kN/m3=

=256,9035kN/m

G3=5,07m2*11,12kN/m3+2,5m2*18,5kN/m3+0,334m2*24kN/m3+8,99m2*17kN/m3=

=207,552kN/m

G2=0,32m2*18,5kN/m3+1,27m2*24kN/m3+(0,95+0,11)m2*17kN/m3=54,42kN/m

G1=(0,0088+0,16)m2*17kN/m3+0,21m2*24kN/m3=7,9096kN/m

P5+ G5=121,9802kN/m

P4+ G4=304,7435kN/m

P3+ G3=275,232kN/m

P2+ G2=71,38kN/m

P1+ G1=10,876kN/m

Ea=261kN/m ; Ea1=24,17kN/m

C=(l*c')/sinv=3,44m*15kPa/0,866=59,58kN/m

Sdop=281kN/m ; S=71,318kN/m

Warunek:

S≤0,8* Sdop

71,318kN/m ≤ 224,8kN/m→ warunek spełniony

3

0x01 graphic



Wyszukiwarka