POLITECHNIKA POZNAŃSKA Rok Akademicki 2008/2009

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Semestr 4

Instytut Inżynierii Lądowej

Zakład Geotechniki i Geologii Inżynierskiej

Ćwiczenia Laboratoryjne z Mechaniki Gruntów

Projekt nr 4: Fundamenty Głębokie

Prowadząca: mgr inż. Barbara Filipowicz

Wykonał:

1. Zestawienie parametrów charakterystycznych i geotechnicznych podłoża:

TABELA PARAMETRÓW CHARAKTERYSTYCZNYCH

Granice występowania gruntu [m]	Miąższość warstw gruntu [m]	Rodzaj gruntu	Stan gruntu (ID/IL)	Sr	[%]	[t/m^3]	[kN/m^3]	. [°]	[kPa]
0,0/8,15	8,15	G („C”)	0,7 (mpl.)	-	26,92	1,963	19,63	9,9	16,25
8,15/…	-	Ż	0,72 (zg.)	(mw)	3,33	1,819	18,19	40,3	0,0

TABELA PARAMETRÓW GEOTECHNICZNYCH

Granice występowania gruntu [m]	Miąższość warstw gruntu [m]	Rodzaj gruntu	Stan gruntu (ID/IL)	Sr	[%]	[t/m^3]	[kN/m^3]	[°]	[kPa]
0,0/8,15	8,15	G („C”)	0,7 (mpl.)	-	29,61	1,767	17,67	8,91	14,63
8,15/…	-	Ż	0,72 (zg.)	(mw)	3,66	1,07	10,7	36,27	0,0

W miejscu projektowanego posadowienia występują dwa grunty: glina (G) oraz żwir (Ż). Miąższość warstwy gliny wynosi 8,15 m, stopień plastyczności 0,72 (stan mię-kkoplastyczny) a symbol geologicznej klasyfikacji został określony jako „C”. Warstwa żwiru zalega pod warstwą gliny. Stopień zagęszczenia żwiru wynosi 0,65 (stan zagęszczony). Pozostałe parametry odpowiednio: wilgotność, gęstość objęto-ściowa, kąt tarcia wewnętrznego, spójność zostały odczytane z tablic w normie

PN-81/B-03020 (Tabela parametrów charakterystycznych) i następnie przemnożone przez odpowiednie współczynniki materiałowe (Tabela parametrów geotechnicznych).

W rozpatrywanym przekroju gruntowym nie stwierdzono obecności wody gruntowej.

2. Wybór technologii robót z uzasadnieniem:

Ponieważ w miejscu posadowienia budynku warstwa gruntu nośnego (w danym przekroju gruntowym warstwa żwiru) znajduje się na głębokości aż 8,15 metra, dlatego obiekt zostanie posadowiony na fundamentach pośrednich (palach).

Do wykonania robót wybrano wbijane pale Franki. Są to pale żelbetowe, betonowane w otworach znajdujących się bezpośrednio w miejscu posadowienia.

Zalety pali Franki:

- duża nośność,

- małe osiadania pali pod obciążeniem,

- zmechanizowane i szybkie wykonawstwo,

- duża odporność betonu na działanie czynników agresywnych,

- łatwość dostosowania długości pala do rzeczywistej potrzebnej głębokości.

Wady pali Franki:

- ograniczona głębokość posadawiania pali ( 8 - 12 metrów ),

- niebezpieczeństwo szkodliwych następstw zagęszczania i przemieszczeń gruntu,

- duże wymiary kafara ograniczające możliwość wykonania pali w miejscach trudno

dostępnych.

O wyborze pali Franki zadecydowały głównie ich nośność, niskie osiadania na skutek obciążenia, a także szybkie wykonawstwo.

Przyjmuję poziom posadowienia w warstwie żwiru o I_D = 0,72 . Wtedy minimalna głębokość zagłębienia w warstwie nośnej zgodnie z zasadami podanymi w normie
PN-83/B-02482 wynosi 1 metr.

Przyjmuję poziom posadowienia: 9,20 m

3. Obliczenia nośności pojedynczego pala:

• Dane:

- L = 9,20 m (długość pala),

- d = 0,4 m (przyjęta średnica pala),

- S_p = 1,3 (współczynnik technologiczny bezpośrednio pod podstawą pala)

- S_s = 1,1 (współczynnik technologiczny dla żwiru i gliny)

- Q_n = 7500 kN (obciążenie charakterystyczne),

- Q_r = 7500*1,1 = 8250 kN (obciążenie obliczeniowe),

• Nośność pala:

Obciążenie obliczeniowe działające na pal powinno spełniać warunek:

gdzie : m - współczynnik korekcyjny w zależności od liczby pali

N - obliczeniowa nośność pala wyznaczona z wzoru (pale wciskane):

gdzie : N_p - opór podstawy pala,

N_s - opór pobocznicy pala,

Opór podstawy pala:

Pole podstawy:

(1,75 - współczynnik uwzględniający poszerzenie podstawy pala)

Obwód pala:

Jednostkowy opór graniczny gruntu:

Opór gruntu pod podstawą pala dla głębokości 10 m,dla żwiru (tablica 1.):

q = 5501,52 kPa

Z załączonego rysunku odczytuję:

q = 4869,78 kPa

Wtedy:
= γ_m * q = 0,9*4869,78 = 4382,8 kPa

=4382,8 kPa

Opór podstawy pala:

Opór pobocznicy pala:

Pola pobocznic:

Wytrzymałość gruntu wzdłuż pobocznic:

Z załączonego rysunku odczytano:

t₁ = 8,7 kPa

t₂ = 17,4 kPa

t₃ = 118,33 kPa

Wartości obliczeniowe:

= γ_m * t (γ_m = 0,9)

Opór pobocznicy pala:

Ponieważ pal nie jest wprowadzony do warstwy żwiru przez warstwy gruntów nieskonsolidowanych lub luźno usypanych, a także nie jest przewidywane do- datkowe obciążenie naziomu ani odwodnienie gruntu wokół pala, dlatego nie uwzględniam możliwości wystąpienia tarcia negatywnego.

Obliczeniowa nośność pala:

• Strefa aktywna pala:

(h₁ = 8,15 m , α₁ = 1°; h₂ = 1,05 m , α₂ = 7°)

Wyznaczenie strefy aktywnej pala przedstawiono na załączonym rysunku.

4. Określenie potrzebnej ilości pali i sposobu ich rozmieszczenia:

• Ilość pal (z I stanu granicznego nośności):

(n - liczba pali)

Przyjmuję 6 pali .

• Wymiary i kształt oczepu, rozstaw pali:

- odstępy między palami :

r_max = 8*D = 3,2 m

r_min = (4-5) D =(1,6 ; 2,0) m

Przyjmuję: r = 2,6 m

- odległość osi pali od skraju podstawy podpory palowej:

s_min = D/2 + (15 ; 30) cm

s_min = 20 + (15 ; 30) = (35 ; 50) cm

Przyjmuję: s = 0,60 m

- wysokość

h = (0,7-1,4) m ^ h > 0,5r = 1,3 m

Przyjmuje: h = 1,4 m

Ostatecznie wymiary oczepu:

- B = 6,4 m

- L = 3,8 m

- h = 1,4 m

Rysunek schematyczny rozmieszczenia pali i oczepu został zamieszczony na rysunku na następnej stronie.

Wniosek:

Można zastosować równomierny rozkład pali oraz równomierny rozkład obciążenia. Wymiary pozostają takie jak na wstępie.

5. II Stan Graniczny:

Obliczenia dla drugiego stanu granicznego zostaną przeprowadzone metodą uproszczoną zgodnie z zasadami podanymi w normie: PN-81/B-03020.

• Obliczenie naprężeń pierwotnych
  :

z = 0,0 m :

z = 8,15 m :

z = 9,20 m :

z = 15,0 m :

Wykres naprężęń został zamieszczony na załączonym rysunku.

• Obliczenie naprężeń od obciążenia zewnętrznego podłoża
  :

-

- L^' , B^' wymiary fundamentu zastępczego

B^' = r + 2*R = 2,60 + 2*0,47 = 3,54 m

L^' = 2*r + 2*R = 2*2,60 + 2*0,47 = 6,14 m

(L^'/B^' = 1,7 )

- η_s = 1,0 (dla poziomu posadowienia z = 0,0)

Ponieważ wykonując fundamenty pośrednie nie wystąpi odprężenie podłoża

zatem mogę przyjąć że naprężenia od obciążenia zewnętrznego podłoża są równe naprężeniom dodatkowym:

Naprężenia wtórne
będą równe 0.

Rezultaty zostały zamieszczone w poniższej tabeli.

z [m]	z/B [-]	ηs	[kPa]	[kPa]	[kPa]
0,00	0,00	1,00	384,80	179,08	53,72
0,35	0,10	0,96	369,41	185,45	55,63
0,70	0,20	0,82	315,54	191,81	57,54
1,05	0,30	0,76	292,45	198,18	59,45
1,40	0,40	0,67	257,82	204,55	61,36
1,75	0,49	0,60	230,88	210,91	63,27
2,10	0,59	0,53	203,94	217,28	65,18
2,45	0,69	0,49	188,55	223,65	67,09
2,80	0,79	0,44	169,31	230,01	69,00
3,15	0,89	0,40	153,92	236,38	70,91
3,50	0,99	0,36	138,53	242,74	72,82
3,85	1,09	0,31	119,29	249,11	74,73
4,20	1,19	0,29	111,59	255,48	76,64
4,55	1,29	0,26	100,05	261,84	78,55
4,90	1,38	0,24	92,35	268,21	80,46
5,25	1,48	0,22	84,66	274,58	82,37
5,60	1,58	0,21	80,81	280,94	84,28
5,80	1,64	0,20	76,96	284,58	85,37

• Obliczenie osiadań:

Osiadanie zostanie policzone do poziomu z_max dla którego spełniona jest zależność:

Dla z = 5,3 m (wartość odczytana z rysunku):

Przyjmuję z_max = 5,3 m.

Podział bryły ściśliwej przedstawiony został na załączonym rysunku:

Osiadania policzone zostaną z wzoru:

Otrzymane rezultaty zostały umieszczone w poniższej tabeli:

Obliczenie wartości osiadań
hi [m]	M0 [kPa]	[kPa]	si [m]
0,70	200000,00	369,41	0,0013
				0,70	200000,00	292,45	0,0010
				0,70	200000,00	230,88	0,0008
				0,70	200000,00	188,55	0,0007
				0,70	200000,00	153,92	0,0005
				0,70	200000,00	119,29	0,0004
				1,10	200000,00	84,66	0,0005

Całkowite osiadanie:

Sprawdzenie:

(dla hal przemysłowych)

Graniczna wartość osiadań nie zostanie przekroczona.

6. Opis technologii robót fundamentowych:

Etapy wykonawstwa:

- wbijanie rury stalowej z korkiem z suchego betonu za pomocą bijaka wolno-

spadowego,

- zablokowanie rury stalowej i wybicie korka z podstawy pala,

- wprowadzenie zbrojenia do wnętrza rury,

- cykliczne wypełnianie rury betonem, podciąganie rury wyciągarką i ubijanie betonu

bijakiem.

Źródło: http://www.pg.gda.pl/~tbrzo/pliki/Technologie_pali.pdf

7. Rysunek konstrukcyjny fundamentu:

---