OPOROWA
Do czego służą ściany oporowe - podać przykłady zastosowań.
Ściany oporowe - są to konstrukcje, których głównym zadaniem jest podpieranie uskoków naziomu gruntów rodzimych lub nasypowych, a głównym obciążeniem jest parcie podpieranego gruntu.
Zastosowania:
- podparcie tarasów pod zabudowę lub parkingi
- podparcie nasypów drogowych lub kolejowych na zboczach i dojazdach do wiaduktów
- podparcie skarp przy wjazdach do tuneli
5. Wymienić i naszkicować główne obciążenia działają na ścianę oporową ?
Główne obciążenia:
Poziome : parcie i odpór gruntu - może być poziome lub pionowe w zależności od liczenia; spoczynkowe
Pionowe: ciężaru własnego jej elementów, ciężaru gruntu zasypowego spoczywającego na odsadzkach fundamentowych oraz od dodatkowego obciążenia naziomu p.
7. Jaka jest różnica pomiędzy parciem granicznym, spoczynkowym i pośrednim ?
E0 - parcie spoczynkowe - gdy δ =0 przem. Zablokowane; ściana idealnie sztywna nie ulegająca odkształceniom; np. ściany tuneli lub dużych kolektorów i rurociągów
Ea - parcie graniczne - gdy δ ≥ δa , ruch od gruntu; jest ono najmniejsze ze wszystkich parć, występuje dopiero przy znacznych i nieskrępowanych przemieszczeniach ściany
EI - parcie pośrednie - gdy 0 < δI < δaEI = (Ea + E0)/2 lub EI = (2Ea + E0)/3, ustalane dokładniej na podstawie obliczeń iteracyjnych, między parciem granicznym a spoczynkowym
9. Jak wygląda przyjmowany do obliczeń rozkład parcia gruntu dla ściany ze wspornikiem; wyjaśnić dlaczego?
11. Jakie warunki musi spełnić wartość mimośrodu wypadkowej obciążeń w podstawie fundamentu i dlaczego ?
- dla obciążeń charakterystycznych: Komb. 1: EBk ≤ B/6 oraz q1/q2 ≤ 3 ÷ 4
- dla obciążeń obliczeniowych: Komb. 2: EB ≤ B/6, Komb. 3 : EB = EBmax ≤ B/4
Jeżeli wypadkowa spełni warunek to wtedy będzie działać w rdzeniu.
13. Jakie warunki stanów granicznych nośności należy sprawdzić przy projektowaniu ścian oporowych posadowionych bezpośrednio ?
Należy sprawdzić 2 stanu graniczne :
Stan graniczny nośności
sprawdzenie stateczności na obrót (równowaga momentów) ΣMOA ≤ m0⋅ΣMUA,
m0 = 0.8 ÷ 0.9
sprawdzenie nośności pionowej podłoża gruntowego (równowaga sił pionowych)
Nr ≤ m⋅QfNB, m = 0.8 ÷ 0.9
sprawdzenie nośności poziomej podłoża gruntowego (stateczność na przesuw lub równowaga ił poziomych) Tr ≤ mt⋅Qtf, mt = 0.9 ÷ 0.95, Qtf = Nr⋅μ + a⋅B, gdzie a = (0.2 ÷ 0.5) c(r) adhezja
sprawdzenie stateczności ogólnej - metodą Felleniusa (lub Bishopa) Mo ≤ m⋅Mu;
Stan graniczny użytkowania:
obliczenie osiadań i przechyłki ściany oporowej
obliczenie przemieszczeń poziomych ściany oporowej
15. Jakie rozwiązania można zastosować gdy nie spełniony jest warunek stateczności na siły poziome ?
Jeśli warunek nie jest spełniony należy:
dodać ostrogę => Qtf = Nr x tgφ (r )+Fx c (r )
wymiana gruntu na mocniejszy => Qtf = Nr x tgδ ( r)
wymiana gruntu i konstrukcja ostrogi => Qtf = Nr x tgφ (r)
zmiana wymiarów ścianki - poszerzenie podstawy
17. Dla jakich kombinacji obciążeń sprawdza się poszczególne warunki stanów granicznych nośności i dlaczego?
Poszczególne warunki sprawdza się dla dwóch kombinacji : pierwsza gdy są maksymalne obciążenia pionowe Nrmax i druga gdy są mniejsze obciążenia pionowe Nrmin,
19. Kiedy stosuje się posadowienie ściany oporowej na palach ?
W przypadku słabonośnego podłoża gruntowego z występowaniem np. warstw gruntów
organicznych (torfy, namuły) o znacznej miąższości, ścianę oporową należy posadowić na palach,
których zadaniem będzie przekazanie obciążeń na warstwy nośne znajdujące się na znacznej
głębokości. Posadowienie bezpośrednie w takich warunkach mogłoby doprowadzić do znacznych i nierówno-miernych osiadań ściany, co w konsekwencji mogłoby doprowadzić do jej zarysowania, uszkodzenia, a nawet groźnej awarii.
22. Dlaczego w posadowieniu ścian oporowych należy stosować pale ukośne?
Ze względu na znaczne obciążenia poziome ścian oporowych, należy stosować układy pali
ukośnych (tzw. układy kozłowe). Takie układy zapewniają odpowiednią sztywność poziomą
posadowienia. W przypadku tylko pali pionowych mogłyby wystąpić zbyt duże przemieszczenia poziome przemieszczenia poziome ściany i duże momenty zginające w palach.
25. Jak oblicza się nośność w gruncie pali wciskanych, a jak wyciąganych ?
Nośność pala wciskanego pojedynczego
Pal wciskany uzyskuje swoją nośność w gruncie Nt dzięki oporowi gruntu pod podstawą pala Np i oporowi tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy Ns. (rysunek poniżej). W niektórych przypadkach nośność ta może być obniżona przez tarcie negatywne Tn wzdłuż górnego odcinka pobocznicy. Nośność na wciskanie w gruncie Nt pala pojedynczego według
polskiej normy oblicza się ze wzoru:
Sp, Ss - współczynniki technologiczne, zależne od technologii pala i
rodzaju gruntu, odczytywane z tabl. 4 normy,
Ap - powierzchnia podstawy pala,
Asi - powierzchnia pobocznicy pala w warstwie i,
q(r) - jednostkowy graniczny opór gruntu pod podstawą pala,
ti (r) - jednostkowy graniczny opór tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy pala
w warstwie i,
nj t - jednostkowe tarcie negatywne gruntu wzdłuż pobocznicy pala w
warstwie j, powodującej tarcie negatywne,
Warunek nośności dla pala wciskanego jest spełniony gdy:
Qr ≤ m
Nt
Nośność pala wyciąganego pojedynczego
Pal wyciągany uzyskuje swoją nośność w gruncie Nw tylko dzięki oporowi tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy (rysunek poniżej). W palu wyciąganym z oczywistych względów nie pracuje podstawa i pomija się tarcie negatywne.
Nośność na wyciąganie Nw w gruncie pala pojedynczego według polskiej normy oblicza się ze wzoru:
Sw - współczynnik technologiczny, zależny od technologii pala i rodzaju
gruntu, odczytywany z tabl. 4 normy,
Asi - powierzchnia pobocznicy pala w warstwie i,
Ti (r) - jednostkowy graniczny opór tarcia gruntu wzdłuż pobocznicy pala
w warstwie i,
Wartości tarcia t(r) przyjmuje się i określa według takich samych zasad jak w przypadku pala wciskanego. Poziom interpolacji dla przypowierzchniowych warstw podłoża przyjmuje się w poziomie terenu pierwotnego (rysunek).
27. Co to jest poziom interpolacji dla oporów q i t, kiedy jest on równy poziomowi terenu, a kiedy nie i jak się go wyznacza ?
Poziom ten w przypadku występowania samych gruntów mineralnych przyjmuje się w poziomie pierwotnego terenu. W przypadku występowania w górnych partiach podłoża gruntów organicznych i nasypów poziom interpolacji przyjmuje się na wysokości zastępczej hz nad poziomem pierwszej warstwy przenoszącej obciążenie z pala. Opory q wzrastają liniowo z głębokością od zera w poziomie interpolacji do wartości q z tablicy 1
normy na głębokości hc poniżej poziomu interpolacji. Na dalszej głębokości pozostają już stałe. Opory t wzrastają liniowo z głębokością od zera w poziomie interpolacji do wartości t z tablicy 2 normy na głębokości ht = 5.0 m poniżej poziomu interpolacji, niezależnie od rodzaju gruntu oraz średnicy i rodzaju pala. Poniżej głębokości ht wartość t pozostaje stała (rysunek powyżej). W obliczeniach nośności pali pomija się wpływ na ogólną pracę pala cienkich przewarstwień gruntów słabych o miąższości do 0.5 m znajdujących się wśród gruntów nośnych, przyjmując jednak w tych przewarstwieniach wartość t =0.
29. Na czym polega sprawdzenie nośności pali wciskanych i wyciąganych w grupie ?
Nośność pala wciskanego w grupie oblicza się ze wzoru:
Nt=Np + m1 x Ns - Tn , w którym współczynnik redukcyjny m1 odczytuje się z tabl. 8 normy w zależności od stosunku r/R. Gdy r/R ≥ 2.0 to m1 =1.0.
Nośność pala wyciąganego w grupie oblicza się ze wzoru: N = m ⋅ N - m1 przyjmuje się według takich samych zasad jak w przypadku pali wciskanych.
31. Jak należy kotwić pale wciskane, a jak wyciągane w płycie fundamentowej ?
Zbrojenie pala należy w odpowiedni sposób zagłębić w konstrukcji oczepu fundamentowego,
w zależności od tego czy pal jest wciskany czy wyciągany oraz czy połączenie ma być sztywne, czy przegubowe (rysunek poniżej).
33. Dlaczego konieczne jest wykonanie drenażu gruntu zasypowego za ścianą oporową? Gdzie umieszcza się ten drenaż i jaka jest jego konstrukcja ?
Ściany oporowe wymagają odwodnienia, którego celem jest odprowadzenie wody opadowej lub napływającej ze zbocza, i nie dopuszczenie do napełnienia się zasypu wodą. Wypełnienie to mogłoby doprowadzić do znacznego wzrostu obciążeń poziomych ściany (doszłoby parcie wody) i jej awarii. Odwodnienie wykonuje się w postaci drenażu, umieszczonego za ścianą oporową . Ważnym elementem drenażu jest tzw. filtr odwrotny (rys. 5.20), który ma zabezpieczyć przed wypłukiwaniem drobnych frakcji z zasypu i przed zakolmatowaniem się drenu. Drenaż odprowadza wodę do studzienek kanalizacji burzowej lub do studni chłonnych.
35. Opisać kolejność prac przy wykonawstwie ściany oporowej posadowionej bezpośrednio i na palach.
SZCZELNA
1. Do czego służą ścianki szczelne - podać przykłady zastosowań.
Ścianki szczelne - są to konstrukcje oporowe wykonywane z podłużnych elementów
wprowadzanych w grunt (wbijanych, wwibrowywanych lub wciskanych) ściśle jeden obok
drugiego i połączonych na zamki zapewniające szczelność przed wodą i wzajemną współpracę. Elementy te nazywa się brusami lub grodzicami.
Zastosowanie:
obudowy głębokich wykopów
nabrzeża portowe
Grodze
regulacja rzek i kanałów
uszczelnianie wałów przeciwpowodziowych
ochrona budowli i fundamentów przed działaniem wody
inne zastosowania (np. tunele)
2. Jakie obciążenia działają na konstrukcję ścianki szczelnej ? Jak określa się te obciążenia ?
Głównym obciążeniem ścianek szczelnych jest parcie gruntu i wody. Odpór gruntu pod dnem
wykopu lub basenu jest reakcją utrzymującą ściankę. Wartość jednostkową parcia oblicza się ze wzoru: ea = σ'v ⋅Ka - 2c⋅(Ka)0.5 ≥ 0. Parcie wody uwzględnia się w przypadku różnicy jej poziomów po jednej i po drugiej stronie ścianki, przy czym rozkład tego parcia przyjmuje się w zależności od tego, czy występuje przepływ wody pod ścianką, czy nie - według rysunku powyżej. W przypadku przepływu wody powinno się uwzględniać jeszcze wpływ ciśnienia spływowego j na wartości parcia i odporu gruntu. W ściankach szczelnych przyjmuje się najczęściej parcie czynne gruntu (graniczne) ze współczynnikiem Ka liczonym przy założeniu kąta tarcia gruntu o ściankę δa = 0. Odpór gruntu przyjmuje się również graniczny ze współczynnikiem Kp liczonym przy założeniu kąta tarcia gruntu o ściankę δp = -φ/2 (przyjęcie δp = 0 jest zbyt asekuracyjne). Należy jednak wartość tego współczynnika zredukować przez współczynnik η=0.7 ÷ 0.85. K'p = η⋅Kp Wartość jednostkową odporu oblicza się ze wzoru: ep = σ'v ⋅K'p + 2c*⋅(K'p)0.5
5. Jakie mogą być stosowane schematy statyczne ścianek szczelnych?
Schemat :
jako ścianki wspornikowej - Ścianka szczelna wspornikowa (bez rozpór i zakotwień) utrzymuje swoją stateczność dzięki równowadze na obrót pomiędzy parciem i odporem gruntu. W tym celu potrzebne jest dość duże zagłębienie t ścianki poniżej dna wykopu.
jako ścianki jednokrotnie zakotwionej dołem swobodnie podpartej - Ścianka szczelna jednokrotnie zakotwiona (rozparta) utrzymuje się w stateczności dzięki temu, że część sił parcia przekazuje na zakotwienie lub rozporę, a pozostałą część na odpór gruntu przed ścianką poniżej dna wykopu lub basenu.
7. Jak przebiega tok obliczania ścianki wspornikowej metodą analityczną?
Tok postępowania przy obliczaniu:
1) Wyznaczamy wykresy parcia gruntu i wody oraz odporu, i sporządzamy wykres wypadkowy.
2) Obliczamy wypadkową wykresu po stronie parcia Ea i określamy wysokość jej działania h'E względem punktu zerowania się parcia i odporu.
3) Układamy równanie równowagi momentów względem punktu F, którego położenie xF
będziemy poszukiwać. Będzie to równanie 3-go stopnia.W przypadku trójkątnego rozkładu e*p, równanie będzie miało postać:
Równanie to można rozwiązać np. metodą kolejnych przybliżeń.
4) Wyliczone zagłębienie xF powiększamy o wartość Δx, która potrzebna jest do przeniesienia siły RC, wynikającej z równowagi sił poziomych. Wartość Δx określamy z zaleceń empirycznych: a + xF + Δx = α⋅(a+xF), w których współczynnik α zaleca się przyjmować od 1.2 do 1.6,w zależności od tego czy ścianka obciążona jest tylko parciem gruntu, czy parciem gruntu i wody, czy samym parciem wody.
5) Obliczamy wartość maksymalnego momentu zginającego Mmax metodą poszukiwania punktuzerowania się sił tnących, który znajduje się na rzędnej xm. Dla trójkątnego rozkładu e*p możemy skorzystać ze wzorów:
6) Na podstawie momentu zginającego Mmax dobiera się profil ścianki szczelnej.
9. Naszkicować przybliżony wykres momentów w ściance dołem wolno podpartej i dołem utwierdzonej.
11. Na czym polega metoda Bluma obliczania ścianki szczelnej?
1) Przyjmujemy i wykreślamy w skali układ konstrukcyjo-geometryczny ścianki, w którym
zagłębienie w dnie przyjmujemy wstępnie około 0.6 ÷ 0.8 wysokości ścianki nad dnem
2) Wyznaczamy wykresy parcia gruntu i wody oraz odporu, i sporządzamy wykres wypadkowy
3) Zamieniamy wykres wypadkowy na układ sił skupionych Ei. Rozstaw sił Ei (podział wykresu na paski) przyjmujemy około 0.5 ÷ 1.0 m.
4) Sporządzamy wielobok sił rzeczywistych Ei. Długości sił rysowane są w przyjętej skali sił.
Biegun „O” przyjmujemy w dowolnym miejscu, ale najlepiej tak, aby promienie zewnętrzne sił od parcia utworzyły w przybliżeniu trójkąt równoboczny. Dodatkowo przyjmujemy w miarę okrągłą wartość H0 (w skali sił, np. H0 =100 kN)
5) Wykreślamy wielobok sznurowy, przenosząc równolegle kolejne promienie sił. Promień nr 1 rysujemy w dowolnym miejscu do przecięcia z osią siły E1, przez ten punkt prowadzimy
promień nr 2 do przecięcia z osią siły E2, następnie przez ten punkt - promień nr 3 do
przecięcia z osią siły E3 i tak dalej. Promień nr 1 przedłużamy dodatkowo do przecięcia z osią
ściągu, do otrzymania punktu A. Otrzymany wielobok sznurowy jest właściwie wykresem
momentów zginających dla ścianki szczelnej.
6) Gdy chcemy zaprojektować ściankę dołem swobodnie podpartą - przez punkt A prowadzimy prostą zamykającą I stycznie do dolnej wypukłości wieloboku sznurowego. Punkt styczności wyznacza nam potrzebne zagłębienie tI ścianki szczelnej, które ze względów bezpieczeństwa zwiększamy o 20%. Wartość maksymalnego momentu zginającego obliczamy ze wzoru: M max =ηI x Ho w którym wielkość ηI [m] należy odczytać z wykresu sznurowego zgodnie ze skalą długości.Wartość siły w ściągu SI odczytujemy z wieloboku sił przenosząc równolegle zamykającą I.
7) Gdy chcemy zaprojektować ściankę dołem utwierdzoną - prostą zamykającą II' prowadzimy przez punkt A tak, aby wielkości η1 i η2 na wykresie sznurowym były w przybliżeniu sobie równe. Jest to pierwsze przybliżenie. Ścianka dołem utwierdzona jest układem statycznie niewyznaczalnym i dlatego jej rozwiązania dokonuje się metodą iteracyjną.
8) Wykres momentów zamieniamy na obciążenie wtórne, które zastępujemy układem sił skupionych wtórnych : Ai = ηi⋅ai⋅H0 [kNm2], gdzie ηi - to wartość odczytana z wieloboku sznurowego w osi siły Ei, ai - rozstaw sił Ei.
9) Sporządzamy wielobok sił wtórnych Ai, w którym rysowanie sił i promieni zaczynamy od
końca, a promień końcowy (na rysunku - promień nr 18) prowadzimy pionowo, ze względu na zakładane utwierdzenie ścianki, w którym kąt obrotu równy jest zero. Wielkość H1 [kNm2] przyjmujemy dowolnie, ale według podobnych zasad co H0.
10) Wykreślamy drugi wielobok sznurowy, który jest wykresem przemieszczeń ścianki.
Wykreślanie tego wieloboku rozpoczynamy od dołu według takich samych zasad jak pierwszy wielobok. Wykres przemieszczeń powinien dać zerowe przemieszczenie w osi ściągu, gdyż znajduje się tam podpora. W momencie gdy występuje odchyłka - s(+) lub s(-) należy dokonać korekty w pochyleniu zamykającej - II'' za pomocą poprawki Δm, którą obliczamy ze wzorów: Δm = Mc/Ho Mc = 3x s HL/ L^2
Po wprowadzeniu korekty powinno się jeszcze raz dokonać sprawdzenia przemieszczeń
ścianki, ale zwykle jest to już nie potrzebne.
11) Punkt przecięcia skorygowanej zamykającej II” z końcowym fragmentem wieloboku
sznurowego wyznacza nam potrzebne zagłębienie ścianki tII”, którą podobnie jak poprzednio
zwiększamy o 20%, ze względów bezpieczeństwa.
12) Wartości momentów zginających obliczamy ze wzorów: MI= η1II x Ho
z których: M1 - jest momentem przęsłowym, a M2 - momentem utwierdzenia w gruncie.
Wartość maksymalną bierzemy do wymiarowania brusów.
13) Wartość siły w ściągu SII” odczytujemy z wieloboku sił rzeczywistych przenosząc równolegle zamykającą II”.
14) Wartość ugięcia ścianki szczelnej δx możemy określić odczytując wartość ηd [m] z wykresu przemieszczeń i podstawiając do wzoru: δs = (ηd x H1)/EI w którym EJ jest sztywnością giętną ścianki.
13. W jaki sposób określa się potrzebną głębokość wbicia ścianki szczelnej (ścianki dołem wolno podpartej i ścianki utwierdzonej)?
15. Jak oblicza się wartość maksymalnego momentu zginającego w ściance szczelnej ?
Po wyznaczeniu parcia całkowitego i wszystkich wypadkowych obliczamy wartość maksymalnego momentu zginającego Mmax metodą poszukiwania punktu zerowania się sił tnących, który znajduje się na rzędnej xm. Dla trójkątnego rozkładu e*p możemy skorzystać ze wzorów:
E a x—γ'x K* x m x 0,5 x m=0 Mmax = Ea ⋅( h′E + xm ) −1/6 γ' ′ ⋅K* ⋅xm3
17. Obliczanie i wykonawstwo zakotwień płytowych.
zakotwienie płytowe- Nośność kotwiącą płyta pionowa uzyskuje dzięki odporowi gruntu przed płytą Ep. Nośność tę częściowo obniża parcie gruntu za płytą Ea, które dodaje się do siły w ściągu S. Odpór Ep przyjmuje się jako graniczny o współczynniku Kp obliczonym dla kąta tarcia gruntu o powierzchnię płyty δp =-φ/2, przy czym do analizy bierze się składową poziomą tego odporu Eph. Wartość odporu można także oszacować za pomocą współczynnika η według Bucholza.
Płyty kotwiące zasypuje się przeważnie gruntem niespoistym, dlatego w powyższych wzorach nieuwzględniano wpływu spójności. W przypadku braku wystarczającej nośności płyty, można zastosować większą płytę, lepszy grunt zasypowy, umieścić po dwie płyty na jednym ściągu, bądź zastosować tzw. mijankowy układ płyt, tak aby strefy zasięgu bz nie zachodziły na siebie.
19. Obliczanie i wykonawstwo zakotwień z kozłów palowych.
21. W jaki sposób sprawdza się stateczność ogólną ścianki jednokrotnie zakotwionej?
Rysunek z wykladu 9 strona 99
Warunek stateczności: S ≤ 0.8 ⋅ Sdop ( S - siła w ściągu)
Gdy warunek nie jest spełniony należy zwiększyć odległość zakotwienia od ścinki. Gdy wielkości Ea i Ea1 liczone są z δa = 0, mają wówczas kierunek poziomy.
23. Co należy zrobić, gdy analiza metodą Kranza daje niekorzystny wynik.
Gdy warunek nie jest spełniony należy zwiększyć odległość zakotwienia od ścinki. Gdy wielkości Ea i Ea1 liczone są z δa = 0, mają wówczas kierunek poziomy.
25. Wymiarowanie elementów konstrukcyjnych ścianki szczelnej.
Wymiarowane są trzy elementy:
brusy - wyznacza się na podstawie maksymalnych momentów w ściance szczelnej (na wartościach obliczeniowych przemożonych przez 1,25; następnie korzysta się ze wzoru : σ=Mmax/W≤fd gdzie fd jest zależne od rodzaju wybranej stali np. dla stali zwykłej St35 fd = 210-240 Mpa; wyznacza się potrzebną wartość W i z tabel wybiera się brusy.
Kleszcze - wymiarowuje się na podstawie maksymalnych momentów w podporach ścianki : Mkmax(r ) = 1,25 x Mkmax; przeliczamy następnie ten moment na jeden ceownik M1kmax = 0,5 x Mkmax(r ) ponownie korzysta się ze wzoru σ=M1max/W ≤fd , wyznaczamy potrzebne W i wybieramy odpowiedzenie kleszcze z tabeli
Ściągi - obliczamy silę działającą na 1 ściąg : S1 = S x Rs S - siła ściagu ; R - odległość miedzy podporami , obliczenia wykonuje się na wartościach obliczeniowych , czyli mnożymy siłe przez 1,25
Apotrzebne = S1/fd A - przekrój pręta
27. Narysować kształty najczęściej stosowanych profili stalowych ścianek szczelnych.
Najczęściej z profili:korytkowych (typu U) lub zetowych. Profile wprowadza się w grunt poprzez wbijanie lub wwibrowywanie, a w terenach zurbanizowanych przez wciskanie.
(Rysunki w wykladzie 9 strona 108 lub wyklad 7 str. 87)
29. Narysować sposoby połączenia rozpór z kleszczami w ściance szczelnej.
(rysunki w pliku przesłanym rzez krasinskiego - Sc-szcz- rys - przykładowe)
2. Z jakich elementów składa się konstrukcja ścianki szczelnej i do czego poszczególne elementy służą (ścianki kotwione i rozpierane) ?
Ścianka szczelna - z profili takich samych jak typowe ścianki szczelne: najczęściej z profili
korytkowych (typu U) lub zetowych. Profile wprowadza się w grunt poprzez wbijanie
lub wwibrowywanie, a w terenach zurbanizowanych przez wciskanie.
a) płytowa: przegub , kleszcze - 2 ceowniki, cięgno, nakrętka napinająca, płyta kotwiąca, klin odłamu parcia
b) blokowa - posiada to samo co płytowa, tyle że zamiast plyt kotwiącej jest blok kotwiący
c) w kozłach palowych : przegub , kleszcze - 2 ceowniki, cięgno, nakrętka napinająca, bloki lub belka wieńczące pale,pal wciskany, pal wyciągany; klin odłamu parcia
d) zakotwienie iniekotwane: rozpór, kleszcze 2 ceowniki lub 2 teowniki, cięgno długości 6-15 m, buława iniekcyjna dł 4-6m
4. Jak uwzględnia się wpływ różnicy poziomów wody w obliczeniach ścianki szczelnej?
Wykop wykonany jest w obudowie ze ścianek szczelnych oraz różnica poziomów wody jest znacznie większa - do 6.0 ÷ 8.0m. Ścianki szczelne wbija się w grunt na odpowiednią głębokość poniżej dna wykopu. Głębokość ta wynika z dwóch warunków: odpowiedniego zakotwienia ścianki w gruncie w celu zapewnienia jej stateczności (przy dużych głębokościach stosuje się dodatkowo rozpory lub zakotwienia) oraz długości drogi filtracji, wpływającej na wydatek wody oraz zjawisko kurzawki. Wykonuje się drenaż opaskowy i instaluje płytkie studnie w dnie wykopu, z których odpompowywana jest woda. Bardzo ważną sprawą jest niedopuszczenie do zjawiska kurzawki w dnie wykopu i przerw w pracy systemu odwadniającego.
6. W jaki sposób ścianka szczelna przejmuje działające na nią obciążenia i gdzie je przekazuje?
Głównym obciążeniem ścianek szczelnych jest parcie gruntu i wody. Odpór gruntu pod dnem
wykopu lub basenu jest reakcją utrzymującą ściankę.
8. Przedstawić tok obliczania statycznego metodą analityczną ścianki jednokrotnie zakotwionej, dołem wolno podpartą w gruncie (to samo dla ścianki dołem utwierdzonej).
DOŁEM WOLNOPODPARTA
1) Wyznaczamy wykresy parcia gruntu i wody oraz odporu, i sporządzamy wykres wypadkowy
2) Obliczamy wypadkową wykresu po stronie parcia Ea i określamy wysokość jej działania hE
względem punktu przyłożenia ściągu lub rozpory.
3) Wyznaczamy potrzebną głębokość wbicia xt z warunku równowagi momentów względem
punktu A - przyłożenia ściągu lub rozpory:
Dla trójkątnego rozkładu e*p otrzymujemy równanie 3-go stopnia o postaci:
Równanie to można, podobnie jak poprzednio, rozwiązać np. metodą kolejnych przybliżeń.
Rozwiązanie określa nam potrzebną głębokość xt. Obliczamy wartość wypadkowej E*p.
4) Siłę w ściągu lub w rozporze S obliczamy następnie z równowagi sił poziomych:
a p ΣX = 0 → S = E − E *
Dla sprawdzenia możemy policzyć sumę momentów względem punktu B - końca ścianki,
która powinna wynieść Σ = 0 B M .
5) Otrzymane z obliczeń zagłębienie ścianki t = a + xt, należy dodatkowo zwiększyć o 20 %.
Wynika to z warunków bezpieczeństwa oraz z tego, że odpór graniczny gruntu zmobilizuje się
jedynie w górnym odcinku, a nie na całej wysokości zagłębienia ścianki.
6) Obliczamy wartość maksymalnego momentu zginającego Mmax metodą poszukiwania punktu
zerowania się sił tnących, który znajduje się na rzędnej xm .
7) Na podstawie momentu zginającego Mmax dobiera się profil ścianki szczelnej.
DOŁEM UTWIERDZONA
1) Wyznaczamy wykresy parcia gruntu i wody oraz odporu i sporządzamy wykres wypadkowy.
2) Obliczamy wypadkową wykresu po stronie parcia Ea i określamy wysokość jej działania hE
względem punktu przyłożenia ściągu lub rozpory oraz h'E względem punktu B.
3) W punkcie B rozcinamy ściankę i tworzymy dwie belki.
4) Rozwiązujemy górną belkę, swobodnie podpartą, w rezultacie czego otrzymujemy wartości: ,
siły w ściągu S, reakcji w punkcie B → RB oraz maksymalnego momentu zginającego M1 :
5) Reakcję RB następnie przenosimy na belkę dolną i potrzebną głębokość xt (długość dolnej
belki) obliczamy z warunku równowagi momentów względem punktu C:
Dla trójkątnego rozkładu e*p otrzymamy równanie:
6) Obliczamy wartość maksymalnego momentu zginającego M2 w belce dolnej.
7) Do zwymiarowania brusów ścianki szczelnej należy wziąć moment Mmax = max {|M1|, |M2|}.
8) Otrzymane z obliczeń zagłębienie ścianki t = a + xt, należy dodatkowo zwiększyć o 20 %.
Wynika to z równowagi sił poziomych (reakcja RC), warunków bezpieczeństwa oraz z tego, że
odpór gruntu o wartości granicznej zmobilizuje się jedynie w górnym odcinku, a nie na całej
wysokości zagłębienia ścianki.
10. W której ściance będzie większy moment zginający, siła w ściągu oraz zagłębienie - dołem wolno podpartej, czy utwierdzonej ?
Wolno podparta
12. Jaka jest różnica w konstrukcji metody Bluma dla ścianki dołem przegubowo podpartej i dla ścianki dołem
utwierdzonej?
Gdy chcemy zaprojektować ściankę dołem swobodnie podpartą - przez punkt A prowadzimy
prostą zamykającą I stycznie do dolnej wypukłości wieloboku sznurowego. Punkt styczności
wyznacza nam potrzebne zagłębienie tI ścianki szczelnej, które ze względów bezpieczeństwa
zwiększamy o 20%. Wartość maksymalnego momentu zginającego obliczamy ze wzoru:
M H0 max I =ηI ⋅ [kNm]
w którym wielkość ηI [m] należy odczytać z wykresu sznurowego zgodnie ze skalą długości.
Wartość siły w ściągu SI odczytujemy z wieloboku sił przenosząc równolegle zamykającą I.
Gdy chcemy zaprojektować ściankę dołem utwierdzoną - prostą zamykającą II' prowadzimy
przez punkt A tak, aby wielkości η1 i η2 na wykresie sznurowym były w przybliżeniu sobie
równe. Jest to pierwsze przybliżenie. Ścianka dołem utwierdzona jest układem statycznie
niewyznaczalnym i dlatego jej rozwiązania dokonuje się metodą iteracyjną.
14. W jaki sposób określa się wartość siły w ściągu w ściance szczelnej dołem wolno podpartej i w ściance utwierdzonej?
Wartość siły w ściągu SII” odczytujemy z wieloboku sił rzeczywistych przenosząc równolegle
zamykającą II”.
16. Jakie są rodzaje zakotwień ścianek szczelnych?
Płytowe - płyta
Blokowe- blok
Palowe - pale
Iniektowane- buławy
18. Obliczanie i wykonawstwo zakotwień blokowych.
W zakotwieniu blokowym, na ścianach czołowej i tylnej występują takie same zjawiska jak
w przypadku płyty kotwiącej. Dodatkowo dochodzą siły tarcia na ścianach bocznych i na
powierzchni dolnej i górnej bloku, które zwiększają ogólną nośność kotwiącą bloku.
Nośność kotwiąca bloku jest sumą poszczególnych sił:
Qc = Q1 - Q2 + Q3 + Q4 + 2⋅Q5
gdzie:
Q1 = Eph , Q2 = Ea - oblicza się tak samo jak dla płyt kotwiących
Q3 = G1⋅tgδ, G1 - ciężar gruntu nad blokiem, δ - kąt tarcia gruntu o ściany bloku (δ ≈ 0.5φ)
Q4 = (G1 +⋅G2) tgδ, G2 - ciężar bloku, dla bloków monolitycznych można tu przyjmować δ = φ
Q5 = E0 tgδ, E0 - parcie spoczynkowe gruntu działające na ściany boczne bloku,
W przypadku małej odległości między blokami (a < bz) siły Q3 i Q5 mogą w ogóle nie zadziałać,
gdyż grunt miedzy blokami i nad nimi będzie się przemieszczał razem z blokami. Wówczas należy
sprawdzić nośność całego przemieszczającego się układu gruntowo-blokowego.
Warunek nośności zakotwienia przedstawia się następująco:
S ≤ 0.8⋅Qc
20. Co można zrobić żeby zwiększyć nośność zakotwień płytowych i blokowych ?
W przypadku braku wystarczającej nośności płyty, można zastosować większą płytę, lepszy grunt zasypowy, umieścić po dwie płyty na jednym ściągu, bądź zastosować tzw. mijankowy układ płyt, tak aby strefy zasięgu bz nie zachodziły na siebie.
22. Do czego służy metoda Kranza?
Sprawdzenie stateczności ogólnej ścianek kotwionych
24. Do czego służą kleszcze w ściance szczelnej i na co pracują ?
Do opierania rozpór na kleszczach, poziome momenty zginające ???
26. Do czego służy śruba rzymska i przegub w ściągu?
Śruba rzymska to dwa pręty połączone podłużną nakrętką. Pręty są nagwintowane na końcach w kierunkach przeciwnych, co pozwala przy skręcaniu nakrętki na naciągnięcie prętów. Wariant ten przedstawiony jest na fotografii poniżej; inną odmianą sprzęgu przy pomocy śruby rzymskiej jest - przedstawiony na rysunku - pojedynczy pręt nagwintowany na obu końcach w przeciwnych kierunkach oraz dwie nakrętki o przeciwnych gwintach nakręcone na ten pręt.
Rozwiązanie to stosowane jest np. w budownictwie - w ściągach filarów, ścian, w innych dziedzinach techniki (np. przy naciągu sieci trakcyjnej linii tramwajowych), w żeglarstwie do naciągania want, sprzęgu śrubowym wagonów.
Zbliżanie się i oddalanie od siebie końców sprzęgu (tj. naprężanie i luzowanie połączenia) zbudowanego w oparciu o śrubę rzymską uzyskuje się przez obrót środkowego elementu sprzęgu.
28. Naszkicować szczegół połączenia ścianki szczelnej z kleszczami i ze ściągiem.
SZCZELNA
1. Do czego służą ścianki szczelne - podać przykłady zastosowań.
Ścianki szczelne - są to konstrukcje oporowe wykonywane z podłużnych elementów
wprowadzanych w grunt (wbijanych, wwibrowywanych lub wciskanych) ściśle jeden obok
drugiego i połączonych na zamki zapewniające szczelność przed wodą i wzajemną współpracę. Elementy te nazywa się brusami lub grodzicami.
Zastosowanie:
obudowy głębokich wykopów
nabrzeża portowe
Grodze
regulacja rzek i kanałów
uszczelnianie wałów przeciwpowodziowych
ochrona budowli i fundamentów przed działaniem wody
inne zastosowania (np. tunele)
2. Jakie obciążenia działają na konstrukcję ścianki szczelnej ? Jak określa się te obciążenia ?
Głównym obciążeniem ścianek szczelnych jest parcie gruntu i wody. Odpór gruntu pod dnem
wykopu lub basenu jest reakcją utrzymującą ściankę. Wartość jednostkową parcia oblicza się ze wzoru: ea = σ'v ⋅Ka - 2c⋅(Ka)0.5 ≥ 0. Parcie wody uwzględnia się w przypadku różnicy jej poziomów po jednej i po drugiej stronie ścianki, przy czym rozkład tego parcia przyjmuje się w zależności od tego, czy występuje przepływ wody pod ścianką, czy nie - według rysunku powyżej. W przypadku przepływu wody powinno się uwzględniać jeszcze wpływ ciśnienia spływowego j na wartości parcia i odporu gruntu. W ściankach szczelnych przyjmuje się najczęściej parcie czynne gruntu (graniczne) ze współczynnikiem Ka liczonym przy założeniu kąta tarcia gruntu o ściankę δa = 0. Odpór gruntu przyjmuje się również graniczny ze współczynnikiem Kp liczonym przy założeniu kąta tarcia gruntu o ściankę δp = -φ/2 (przyjęcie δp = 0 jest zbyt asekuracyjne). Należy jednak wartość tego współczynnika zredukować przez współczynnik η=0.7 ÷ 0.85. K'p = η⋅Kp Wartość jednostkową odporu oblicza się ze wzoru: ep = σ'v ⋅K'p + 2c*⋅(K'p)0.5
5. Jakie mogą być stosowane schematy statyczne ścianek szczelnych?
Schemat :
jako ścianki wspornikowej - Ścianka szczelna wspornikowa (bez rozpór i zakotwień) utrzymuje swoją stateczność dzięki równowadze na obrót pomiędzy parciem i odporem gruntu. W tym celu potrzebne jest dość duże zagłębienie t ścianki poniżej dna wykopu.
jako ścianki jednokrotnie zakotwionej dołem swobodnie podpartej - Ścianka szczelna jednokrotnie zakotwiona (rozparta) utrzymuje się w stateczności dzięki temu, że część sił parcia przekazuje na zakotwienie lub rozporę, a pozostałą część na odpór gruntu przed ścianką poniżej dna wykopu lub basenu.
7. Jak przebiega tok obliczania ścianki wspornikowej metodą analityczną?
Tok postępowania przy obliczaniu:
1) Wyznaczamy wykresy parcia gruntu i wody oraz odporu, i sporządzamy wykres wypadkowy.
2) Obliczamy wypadkową wykresu po stronie parcia Ea i określamy wysokość jej działania h'E względem punktu zerowania się parcia i odporu.
3) Układamy równanie równowagi momentów względem punktu F, którego położenie xF
będziemy poszukiwać. Będzie to równanie 3-go stopnia.W przypadku trójkątnego rozkładu e*p, równanie będzie miało postać:
Równanie to można rozwiązać np. metodą kolejnych przybliżeń.
4) Wyliczone zagłębienie xF powiększamy o wartość Δx, która potrzebna jest do przeniesienia siły RC, wynikającej z równowagi sił poziomych. Wartość Δx określamy z zaleceń empirycznych: a + xF + Δx = α⋅(a+xF), w których współczynnik α zaleca się przyjmować od 1.2 do 1.6,w zależności od tego czy ścianka obciążona jest tylko parciem gruntu, czy parciem gruntu i wody, czy samym parciem wody.
5) Obliczamy wartość maksymalnego momentu zginającego Mmax metodą poszukiwania punktuzerowania się sił tnących, który znajduje się na rzędnej xm. Dla trójkątnego rozkładu e*p możemy skorzystać ze wzorów:
6) Na podstawie momentu zginającego Mmax dobiera się profil ścianki szczelnej.
9. Naszkicować przybliżony wykres momentów w ściance dołem wolno podpartej i dołem utwierdzonej.
11. Na czym polega metoda Bluma obliczania ścianki szczelnej?
1) Przyjmujemy i wykreślamy w skali układ konstrukcyjo-geometryczny ścianki, w którym
zagłębienie w dnie przyjmujemy wstępnie około 0.6 ÷ 0.8 wysokości ścianki nad dnem
2) Wyznaczamy wykresy parcia gruntu i wody oraz odporu, i sporządzamy wykres wypadkowy
3) Zamieniamy wykres wypadkowy na układ sił skupionych Ei. Rozstaw sił Ei (podział wykresu na paski) przyjmujemy około 0.5 ÷ 1.0 m.
4) Sporządzamy wielobok sił rzeczywistych Ei. Długości sił rysowane są w przyjętej skali sił.
Biegun „O” przyjmujemy w dowolnym miejscu, ale najlepiej tak, aby promienie zewnętrzne sił od parcia utworzyły w przybliżeniu trójkąt równoboczny. Dodatkowo przyjmujemy w miarę okrągłą wartość H0 (w skali sił, np. H0 =100 kN)
5) Wykreślamy wielobok sznurowy, przenosząc równolegle kolejne promienie sił. Promień nr 1 rysujemy w dowolnym miejscu do przecięcia z osią siły E1, przez ten punkt prowadzimy
promień nr 2 do przecięcia z osią siły E2, następnie przez ten punkt - promień nr 3 do
przecięcia z osią siły E3 i tak dalej. Promień nr 1 przedłużamy dodatkowo do przecięcia z osią
ściągu, do otrzymania punktu A. Otrzymany wielobok sznurowy jest właściwie wykresem
momentów zginających dla ścianki szczelnej.
6) Gdy chcemy zaprojektować ściankę dołem swobodnie podpartą - przez punkt A prowadzimy prostą zamykającą I stycznie do dolnej wypukłości wieloboku sznurowego. Punkt styczności wyznacza nam potrzebne zagłębienie tI ścianki szczelnej, które ze względów bezpieczeństwa zwiększamy o 20%. Wartość maksymalnego momentu zginającego obliczamy ze wzoru: M max =ηI x Ho w którym wielkość ηI [m] należy odczytać z wykresu sznurowego zgodnie ze skalą długości.Wartość siły w ściągu SI odczytujemy z wieloboku sił przenosząc równolegle zamykającą I.
7) Gdy chcemy zaprojektować ściankę dołem utwierdzoną - prostą zamykającą II' prowadzimy przez punkt A tak, aby wielkości η1 i η2 na wykresie sznurowym były w przybliżeniu sobie równe. Jest to pierwsze przybliżenie. Ścianka dołem utwierdzona jest układem statycznie niewyznaczalnym i dlatego jej rozwiązania dokonuje się metodą iteracyjną.
8) Wykres momentów zamieniamy na obciążenie wtórne, które zastępujemy układem sił skupionych wtórnych : Ai = ηi⋅ai⋅H0 [kNm2], gdzie ηi - to wartość odczytana z wieloboku sznurowego w osi siły Ei, ai - rozstaw sił Ei.
9) Sporządzamy wielobok sił wtórnych Ai, w którym rysowanie sił i promieni zaczynamy od
końca, a promień końcowy (na rysunku - promień nr 18) prowadzimy pionowo, ze względu na zakładane utwierdzenie ścianki, w którym kąt obrotu równy jest zero. Wielkość H1 [kNm2] przyjmujemy dowolnie, ale według podobnych zasad co H0.
10) Wykreślamy drugi wielobok sznurowy, który jest wykresem przemieszczeń ścianki.
Wykreślanie tego wieloboku rozpoczynamy od dołu według takich samych zasad jak pierwszy wielobok. Wykres przemieszczeń powinien dać zerowe przemieszczenie w osi ściągu, gdyż znajduje się tam podpora. W momencie gdy występuje odchyłka - s(+) lub s(-) należy dokonać korekty w pochyleniu zamykającej - II'' za pomocą poprawki Δm, którą obliczamy ze wzorów: Δm = Mc/Ho Mc = 3x s HL/ L^2
Po wprowadzeniu korekty powinno się jeszcze raz dokonać sprawdzenia przemieszczeń
ścianki, ale zwykle jest to już nie potrzebne.
11) Punkt przecięcia skorygowanej zamykającej II” z końcowym fragmentem wieloboku
sznurowego wyznacza nam potrzebne zagłębienie ścianki tII”, którą podobnie jak poprzednio
zwiększamy o 20%, ze względów bezpieczeństwa.
12) Wartości momentów zginających obliczamy ze wzorów: MI= η1II x Ho
z których: M1 - jest momentem przęsłowym, a M2 - momentem utwierdzenia w gruncie.
Wartość maksymalną bierzemy do wymiarowania brusów.
13) Wartość siły w ściągu SII” odczytujemy z wieloboku sił rzeczywistych przenosząc równolegle zamykającą II”.
14) Wartość ugięcia ścianki szczelnej δx możemy określić odczytując wartość ηd [m] z wykresu przemieszczeń i podstawiając do wzoru: δs = (ηd x H1)/EI w którym EJ jest sztywnością giętną ścianki.
13. W jaki sposób określa się potrzebną głębokość wbicia ścianki szczelnej (ścianki dołem wolno podpartej i ścianki utwierdzonej)?
15. Jak oblicza się wartość maksymalnego momentu zginającego w ściance szczelnej ?
Po wyznaczeniu parcia całkowitego i wszystkich wypadkowych obliczamy wartość maksymalnego momentu zginającego Mmax metodą poszukiwania punktu zerowania się sił tnących, który znajduje się na rzędnej xm. Dla trójkątnego rozkładu e*p możemy skorzystać ze wzorów:
E a x—γ'x K* x m x 0,5 x m=0 Mmax = Ea ⋅( h′E + xm ) −1/6 γ' ′ ⋅K* ⋅xm3
17. Obliczanie i wykonawstwo zakotwień płytowych.
zakotwienie płytowe- Nośność kotwiącą płyta pionowa uzyskuje dzięki odporowi gruntu przed płytą Ep. Nośność tę częściowo obniża parcie gruntu za płytą Ea, które dodaje się do siły w ściągu S. Odpór Ep przyjmuje się jako graniczny o współczynniku Kp obliczonym dla kąta tarcia gruntu o powierzchnię płyty δp =-φ/2, przy czym do analizy bierze się składową poziomą tego odporu Eph. Wartość odporu można także oszacować za pomocą współczynnika η według Bucholza.
Płyty kotwiące zasypuje się przeważnie gruntem niespoistym, dlatego w powyższych wzorach nieuwzględniano wpływu spójności. W przypadku braku wystarczającej nośności płyty, można zastosować większą płytę, lepszy grunt zasypowy, umieścić po dwie płyty na jednym ściągu, bądź zastosować tzw. mijankowy układ płyt, tak aby strefy zasięgu bz nie zachodziły na siebie.
19. Obliczanie i wykonawstwo zakotwień z kozłów palowych.
21. W jaki sposób sprawdza się stateczność ogólną ścianki jednokrotnie zakotwionej?
Rysunek z wykladu 9 strona 99
Warunek stateczności: S ≤ 0.8 ⋅ Sdop ( S - siła w ściągu)
Gdy warunek nie jest spełniony należy zwiększyć odległość zakotwienia od ścinki. Gdy wielkości Ea i Ea1 liczone są z δa = 0, mają wówczas kierunek poziomy.
23. Co należy zrobić, gdy analiza metodą Kranza daje niekorzystny wynik.
Gdy warunek nie jest spełniony należy zwiększyć odległość zakotwienia od ścinki. Gdy wielkości Ea i Ea1 liczone są z δa = 0, mają wówczas kierunek poziomy.
25. Wymiarowanie elementów konstrukcyjnych ścianki szczelnej.
Wymiarowane są trzy elementy:
brusy - wyznacza się na podstawie maksymalnych momentów w ściance szczelnej (na wartościach obliczeniowych przemożonych przez 1,25; następnie korzysta się ze wzoru : σ=Mmax/W≤fd gdzie fd jest zależne od rodzaju wybranej stali np. dla stali zwykłej St35 fd = 210-240 Mpa; wyznacza się potrzebną wartość W i z tabel wybiera się brusy.
Kleszcze - wymiarowuje się na podstawie maksymalnych momentów w podporach ścianki : Mkmax(r ) = 1,25 x Mkmax; przeliczamy następnie ten moment na jeden ceownik M1kmax = 0,5 x Mkmax(r ) ponownie korzysta się ze wzoru σ=M1max/W ≤fd , wyznaczamy potrzebne W i wybieramy odpowiedzenie kleszcze z tabeli
Ściągi - obliczamy silę działającą na 1 ściąg : S1 = S x Rs S - siła ściagu ; R - odległość miedzy podporami , obliczenia wykonuje się na wartościach obliczeniowych , czyli mnożymy siłe przez 1,25
Apotrzebne = S1/fd A - przekrój pręta
27. Narysować kształty najczęściej stosowanych profili stalowych ścianek szczelnych.
Najczęściej z profili:korytkowych (typu U) lub zetowych. Profile wprowadza się w grunt poprzez wbijanie lub wwibrowywanie, a w terenach zurbanizowanych przez wciskanie.
(Rysunki w wykladzie 9 strona 108 lub wyklad 7 str. 87)
29. Narysować sposoby połączenia rozpór z kleszczami w ściance szczelnej.
(rysunki w pliku przesłanym rzez krasinskiego - Sc-szcz- rys - przykładowe)
30. Opisać etapy wykonawstwa ścianki szczelnej.
Profile wprowadza się w grunt poprzez wbijanie lub wwibrowywanie, a w terenach zurbanizowanych przez wciskanie.