Geotechnika jako dziedzina wiedzy naukowej i technicznej. PrzydatnoϾ i potrzeba geotechniki w dziedzinach praktycznych:
Geotechnika - nauka o pracy i badaniach oœrodka gruntowego dla celów projektowania i wykonawstwa budowli ziemnych i podziemnych oraz fundamentów budynków i nawierzchni drogowych. Jest to nauka interdyscyplinarna, wykorzystuj¹ca gruntoznawstwo, mechanikê gruntów, fundamentowanie, geologiê - w szczególnoœci in¿yniersk¹, chemiê, fizykê, mechanikê, reologiê etc.
Rodzaje fundamentów bezpoœrednich:
Fundamenty bezpoœrednie przekazuj¹ obci¹¿enia budowli wprost na pod³o¿e budowlane. Bezpoœrednie posadowienie budowli wykonane jest w wykopie otwartym, jest proste i stosunkowo tanie. Fundamenty bezpoœrednie mog¹ byæ posadowione na nieznacznej g³êbokoœci i wówczas nazywamy je p³ytkimi. Fundamenty posadowione 4-5 m poni¿ej terenu wymagaj¹ce specjalnych technologii mimo, ¿e przekazuj¹ bezpoœrednio obci¹¿enie na pod³o¿e gruntowe, nazywa siê g³êbokimi.
Fundamenty bezpoœrednie dzielimy pod wzglêdem konstrukcyjnym na:
(a-b) pojedyncze stopy fundamentowe
(c) grupowe stopy fundamentowe
(d-e) fundamenty pasmowe
(f-g) ruszty fundamentowe
(h-i) p³yty fundamentowe
(j-k) skrzynie fundamentowe
Fundamenty bezpoœrednie
Fundamenty bezpoœrednie dzielimy pod wzglêdem materia³u z jakiego s¹ wykonane na kamienne, ceglane, betonowe i ¿elbetowe. Ze wzglêdu na sposób wykonania dzielimy na: monolityczne, prefabrykowane i monolityczno-prefabrykowane. Ze wzglêdu na za³o¿enia obliczeniowe dzielimy na: sztywne, sprê¿yste, wiotkie.
Dokumentacja geotechniczna i geologiczno-in¿ynierska jako czêœæ sk³adowa projektu konstrukcyjnego:
W zale¿noœci od kategorii geotechnicznej ustala siê mniej lub bardziej szczegó³owy program badañ terenowych i laboratoryjnych, a nastêpnie na ich podstawie opracowuje siê dokumentacje geologiczn¹.
Na podstawie wyników badañ polowych i laboratoryjnych sporz¹dza siê dokumentacjê geotechniczn¹, która ma przedstawiæ rzeczywiste warunki i cechy pod³o¿a gruntowego w miejscu usytuowania projektowanego obiektu budowlanego. Dokumentacja powinna podawaæ parametry geotechniczne, które umo¿liwia ocenê przydatnoœci pod³o¿a projektowanego obiektu ... sporz¹dzenie projektu posadowienia .Nale¿y, zatem, uwzglêdniæ w niej równie¿ charakterystykê konstrukcji projektowanego obiektu budowlanego.
Dokumentacja geotechniczna sk³ada siê z czêœci opisowe i rysunkowej oraz za³¹czników zawieraj¹cych materia³y dokumentacyjne (tabele wyników badañ karty otworów wiertniczych, karty sondowañ).
Dla pierwszej oraz drugiej kategorii geotechnicznej w prostych warunkach gruntowych dokumentacja geotechniczna jest wystarczaj¹cym materia³em potrzebnym do projektowania. W przypadku drugiej i trzeciej kategorii, gdy warunki gruntowe s¹ bardziej z³o¿one oprócz dokumentacji geotechnicznej nale¿y wykonaæ tak¿e dokumentacje geologiczno-in¿yniersk¹, zgadnie z wymogami prawa geologicznego i górniczego.
Dokumentacja geotechniczna i geologiczno-in¿ynierska wykonuje siê w oparciu o przygotowany i przedstawiony do zatwierdzenia “projekt prac geologicznych”, który jest dokumentem przedstawiaj¹cym dane dotycz¹ce projektowanej budowy.
Projektanci budynków musz¹ odpowiednio wczeœnie przygotowaæ tak¹ dokumentacjê, poniewa¿ dla otrzymania pozwolenia na budowê, konieczne jest przedstawienie zatwierdzonej dokumentacji geotechnicznej i geologiczno-in¿ynierskiej.
Rodzaj warunków gruntowych:
Rozró¿nia siê nastêpuj¹ce rodzaje warunków gruntowych:
1. proste warunki gruntowe - wystêpuj¹ce w przypadku warstw gruntów jednorodnych genetycznie i litologicznie, równoleg³ych do powierzchni terenu, nie obejmuj¹cych gruntów s³abonoœnych, przy zwierciadle wody poni¿ej projektowanego poziomu posadowienia oraz braku wystêpowania niekorzystnych zjawisk geologicznych.
2. z³o¿one warunki gruntowe - wystêpuj¹ce w przypadku warstw gruntów niejednorodnych, nieci¹g³ych, zmiennych genetycznie i litologicznie, obejmuj¹cych grunty s³abonoœne, przy zwierciadle wód gruntowych w poziomie projektowanego posadowienia i powy¿ej tego poziomu oraz przy braku wystêpowania niekorzystnych zjawisk geologicznych,
3. skomplikowane warunki gruntowe - wystêpuj¹ce w przypadku warstw gruntów objêtych wystêpowaniem niekorzystnych zjawisk geologicznych, zw³aszcza zjawisk i form krasowych, osuwiskowych, sufozyjnych, kurzawkowych, glacitektonicznych, na obszarach szkód górniczych, przy mo¿liwych nieci¹g³ych deformacjach górotworu oraz w centralnych obszarach delt rzek.
Podzia³ obiektów na kategorie geotechniczne:
Kategoria I obejmuje:
niewielkie obiekty budowlane jedno- i dwukondygnacyjne o prostej konstrukcji przy maksymalnym obci¹¿eniu obliczeniowym na s³up równym 250 kN, a na œciany 100 kN/m, na fundamentach bezpoœrednich, palowych lub na studniach,
œciany oporowe i zabezpieczenia wykopów, gdy ró¿nica poziomów nie przekracza 2 m,
p³ytkie wykopy powy¿ej zwierciad³a wody i niewielkie nasypy do wysokoœci 3 m.
Kategoria II obejmuje:
powszechnie spotykane konstrukcje posadowione bezpoœrednio, a tak¿e na fundamentach p³ytowych i palowych,
œciany oporowe wy¿sze ni¿ w kategorii I lub inne konstrukcje oporowe utrzymuj¹ce grunty lub wodê,
nasypy i budowle ziemne, poza I kategori¹.
Kategoria III obejmuje:
budowle o szczególnie du¿ych obci¹¿eniach, budynki wysokie,
budynki z wielokondygnacyjnymi podziemiami,
zapory wodne i inne konstrukcje dzia³aj¹ce w warunkach du¿ych ró¿nic ciœnienia wody,
przejœcia komunikacyjne pod drogami o du¿ym natê¿eniu ruchu, tunele wymagaj¹ce szczelnoœci,
du¿e mosty, wiadukty, estakady,
fundamenty maszyn o znacznym obci¹¿eniu dynamicznym,
obiekty zak³adów stosuj¹cych niebezpieczne substancje chemiczne,
g³êbokie wykopy w pobli¿u budowli.
Badania terenowe pod³o¿a gruntowego. Zasady ustalanie iloœci i g³êbokoœci otworów badawczych:
Badania terenowe pod³o¿a gruntowego prowadzone s¹ za pomoc¹ wierceñ badawczych. Lokalizacja i g³êbokoœæ wierceñ zale¿y od charakteru projektowanej budowli, jaj przeznaczenia i eksploatacji, rodzaju konstrukcji, ciê¿aru, obci¹¿eñ, wra¿liwoœci gruntu na osiadania, zag³êbienia i rodzaju fundamentów i warunków geologicznych.
Oprócz wierceñ badawczych przeprowadza siê równie¿ badania za pomoc¹ wykopów badawczych oraz sondowañ sondami statycznymi i dynamicznymi.
Wiercenia badawcze dzielimy w zale¿noœci od sposobu dr¹¿enia na: rêczne okrêtne, rêczne okrêtno-udarowe, mechaniczne obrotowe, mechaniczne udarowe. W sk³ad urz¹dzeñ wiertniczych wchodz¹: œwider rêczny, wie¿a wiertnicza, rury wiertnicze, narzêdzia wiertnicze. Œwider rêczny jest najczêœciej wykorzystywany w badaniach terenowych. Umo¿liwia on zbadanie pod³o¿a do 5-6 m poni¿ej poziomu terenu. W trakcie wierceñ nale¿y co 1 m i po ka¿dej zmianie warstwy pobraæ próbkê gruntu i przeprowadziæ pe³ne badania makroskopowe urobku.
Co to s¹ parametry geotechniczne i metody ich ustalania:
Parametry geotechniczne charakteryzuj¹ grunt i jego zachowanie pod wp³ywem czynników zewnêtrznych. Parametry geotechniczne umo¿liwiaj¹ ocenê przydatnoœci pod³o¿a gruntowego, co umo¿liwia prawid³owe zaprojektowanie posadowienia obiektu budowlanego, z uwzglêdnieniem wzajemnego oddzia³ywania na siebie pod³o¿a i obiektu w czasie jego wykonywania, a nastêpnie eksploatacja.
METODA A - Próbki s¹ pobierane bez naruszenia struktury gruntu, z zachowaniem wilgotnoœci i porowatoœci. Polega na bezpoœrednim oznaczeniu parametru za pomoc¹ polowych lub laboratoryjnych badañ gruntów, wykonywanych zgodnie z norm¹ PN-74/B-04452 i PN-88/B-04481 oraz innymi wymaganiami.
METODA B - próbki s¹ pobierane z zachowaniem wilgotnoœci i sk³adem ziarnowym. Polega na oznaczeniu wartoœci parametru na podstawie ustalonych zale¿noœci korelacyjnych miêdzy parametrami fizycznymi a wytrzyma³oœciowymi a innymi parametrami wyznaczonymi metod¹ A.
METODA C - próbki umo¿liwiaj¹ jedynie okreœlenie stanu ziarnowego. Polega na przyjêciu wartoœci okreœlonych na podstawie praktycznych doœwiadczeñ budownictwa na innych podobnych terenach uzyskanych dla budowli o podobnej konstrukcji i zbli¿onych obci¹¿eniach.
Zasady projektowania bezpoœredniego - dane do projektowania i g³êbokoœæ posadowienia:
Dane do projektowania powinny zawieraæ aktualne informacje techniczne o projektowanej budowli oraz dane o gruntach:
przekroje geotechniczne i ewentualnie mapy, sporz¹dzone na podstawie wierceñ i wykopów badawczych, sondowañ. Przekroje i mapy powinny przedstawiaæ przestrzenny uk³ad warstw gruntów o ró¿nych w³aœciwoœciach.
Wyniki badañ gruntów i wód gruntowych przeprowadzonych wed³ug odpowiednich norm, zgodnie z wymaganiami dotycz¹cymi danego rodzaju budownictwa i danego terenu
dane o niekorzystnych warunkach: grunty zwietrzelinowe, pêczniej¹ce lub zapadowe, procesy osuwiskowe lub erozyjne oraz terenów podlegaj¹cych wp³ywom eksploatacji górniczej
ocenê okresowych zmian stanu gruntów i wód gruntowych
Przy ustalaniu g³êbokoœci posadowienia uwzglêdniamy:
g³êbokoœæ wystêpowania warstw geotechnicznych
wody gruntowe i przewidywane zmiany ich stanów
wystêpowanie gruntów pêczniej¹cych, zapadowych, wysadzinowych
projektowan¹ niweletê powierzchnie terenu w s¹siedztwie fundamentów, poziom posadzek pomieszczeñ podziemnych, poziom rozmycia dna rzeki
g³êbokoœæ posadowienia s¹siednich budowli
umown¹ g³êbokoœæ przemarzania gruntów
G³êbokoœæ posadowienia powinna spe³niaæ warunki:
zag³êbienie podstawy fundamentu nie powinna byæ mniejsza ni¿ 0,5 m
w gruntach wysadzinowych g³êbokoœæ posadowienia nie powinna byæ mniejsza od umownej g³êbokoœci przemarzania
nale¿y stosowaæ odpowiednie œrodki zabezpieczaj¹ce w gruntach pêczniej¹cych, w warunkach sprzyjaj¹cych wysychaniu, nawilgoceniu, zamarzaniu gruntów spoistych
Noœnoœæ pod³o¿a i wymiarowanie posadowieñ bezpoœrednich:
Wymiary podstawy fundamentów zale¿y ustalaæ z zachowaniem nastêpuj¹cych warunków:
rozk³ad obliczeniowego obci¹¿enia jednostkowego w podstawie fundamentu nale¿y przyjmowaæ liniowy, nie wolno uwzglêdniaæ si³ rozci¹gaj¹cych pomiêdzy pod³o¿em i podstaw¹ fundamentów
wypadkowa si³ od obliczeniowego obci¹¿enia sta³ego i zmiennego d³ugatrwa³ego nie powinna wychodziæ poza rdzeñ podstawy fundamentu
przy wspólnych fundamentach p³ytowych lub pierœcieniowych budowli wysokich oraz fundamentów s³upowych hal obci¹¿onych suwnicami, wypadkowa si³ od obliczeniowych obci¹¿eñ sta³ych oraz zmiennych nie mo¿e wychodziæ poza rdzeñ podstawy fundamentów
obliczeniowe obci¹¿enie jednostkowe pod³o¿a w podstawie fundamentu powinno spe³niaæ warunki wynikaj¹ce z obliczeñ statycznych
Noœnoœæ pod³o¿a gruntowego - rozumiane jako mo¿liwoœæ przejêcia obci¹¿eñ przekazywanych przez fundamenty na pod³o¿e gruntowe. Noœnoœæ pod³o¿a gruntowego wyznacza siê zgodnie z norm¹ PN-81/B-03020, wed³ug nastêpuj¹cych dwóch stanów granicznych:
I stan graniczny dotyczy noœnoœci pod³o¿a gruntowego
II stan graniczny dotyczy przemieszczeñ pod³o¿a gruntowego oraz konstrukcji noœnej budowli.
Rodzaje I stanu granicznego:
Do I stanu granicznego zalicza siê:
utratê statecznoœci czêœci lub ca³ej konstrukcji traktowanej jako cia³o sztywne
zniszczenie najbardziej wytê¿onych przekrojów konstrukcji
zniszczenie czêœci lub postêpuj¹ce zniszczenie ca³oœci konstrukcji
przekszta³cenie siê konstrukcji w mechanizm w wyniku uplastycznienia lub zarysowania materia³u w niektórych przekrojach lub utraty statecznoœci kszta³tów niektórych elementów konstrukcji
stany powsta³e w wyniku uplastycznienia materia³u lub pod³o¿a oraz nadmiernego rozwarcia siê rys prowadz¹ce do zniszczenia lub niedopuszczalnej zmiany konstrukcji.
Objawami I stanu granicznego mog¹ byæ:
wypieranie pod³o¿a przez pojedynczy fundament lub przez ca³¹ budowlê
osuwisko lub zsuw fundamentów lub pod³o¿a wraz z budowl¹
przesuniêcie siê w poziomie posadowienia fundamentów lub w pod³o¿u pod fundamentem
Obliczenia uproszczone wg I stanu granicznego:
Przy obliczaniu noœnoœci wed³ug pierwszego stanu granicznego wartoœæ obliczeniowa Qr powinna spe³niaæ warunek ? Qr?mQf, gdzie Qf-obliczeniowy opór graniczny pod³o¿a przeciwstawiaj¹cy siê temu obci¹¿eniu; m-wspó³czynnik korekcyjny, którego wartoœæ zale¿y od metody obliczenia Qf
Obliczenie wg II stanu granicznego:
Strza³ka ugiêcia budowli:
Strza³kê ugiêcia budowli wyznacza siê uwzglêdniaj¹c trzy najniekorzystniejsze osiadaj¹ce fundamenty, le¿¹ce w planie na linii prostej, wed³ug wzory ? f0 = 1/l(l*s0-l1*s2-l2*s1). Wszystkie wielkoœci s¹ przedstawione w normie PN-81/B-03020 na rys.9. Wartoœci dopuszczalne strza³ki ugiêcia oscyluj¹ miêdzy 5 a 15 cm i s¹ zale¿ne od rodzaju budowli.
Wykopy fundamentowe otwarte i rozparte:
Wykop otwarty - jest to wykop bez ¿adnego zabezpieczenia skarp wykopu. Ze wzglêdu na statecznoœæ, wykopy maj¹ odpowiednie nachylenie skarpy. W gruntach spoistych mo¿na wyznaczyæ g³êbokoœæ, do której utrzymuje siê œciana bez ¿adnego zabezpieczenia. G³êbokoœæ t¹ mo¿na obliczyæ ze wzoru, opartego na teorii Rankine'a. Praktycznie jednak, ze wzglêdu na mo¿liwoœæ spêkañ lub dzia³ania wody deszczowej, wolno nie zabezpieczaæ œcian tylko do g³êbokoœci 1 m. Nachylenie skarpy jest zale¿ne od rodzaju gruntów, g³êbokoœæ wykopy... Dla zwiêkszenia statecznoœci skarp nale¿y wykonaæ pó³ki poziome.
Wykop rozparty - jest to wykop, który ma umocnione skarpy. Umocnienie œcian wykopów ma za zadanie zabezpieczenie przed ich osuniêciem siê. Typowe rozparcia i podparcia wykopów mog¹ byæ stosowane do zabezpieczenia œcian wykopów do g³êbokoœci 4,0 m w warunkach, gdy w bezpoœrednim s¹siedztwie wykopu nie przewiduje siê wyst¹pienia obci¹¿eñ spowodowanych przez budowlê, œrodki transportu, sk³adowany materia³, urobek gruntu itp. oraz je¿eli warunki wykonania robót nie stawiaj¹ specjalnych wymagañ.
W innych przypadkach sposób rozparcia lub podparcia wykopów powinien byæ okreœlony
w projekcie. W sk³ad najprostszych umocnieñ œcian wchodz¹:
pionowe œciany (obudowa) z desek lub dyli (u³o¿onych pionowo lub poziomo), przejmuj¹ na siebie parcie gruntu
belki podtrzymuj¹ce deski œcian
rozpory (poziome) dociskaj¹ce belki
Zabezpieczenie wykopów fundamentowych:
Podzia³ wykopów fundamentowych ze wzglêdu na zabezpieczenie œcian: otwarte, rozparte, podparte, zakotwiczone.
Wykopy w¹skie i g³êboki wykonuje siê ze œciankami pionowymi z odpowiednimi zabezpieczeniami. Pionowe œciany wykopów w gruntach niespoistych musz¹ byæ zawsze umocnione. W gruntach spoistych mo¿na wyznaczyæ g³êbokoœæ, do której utrzymuje siê œciana bez ¿adnego zabezpieczenia. G³êbokoœæ t¹ mo¿na obliczyæ ze wzoru, opartego na teorii Rankine'a. Praktycznie jednak, ze wzglêdu na mo¿liwoœæ spêkañ lub dzia³ania wody deszczowej, wolno nie zabezpieczaæ œcian tylko do g³êbokoœci 1 m.
Wykopy w¹skie rozpiera siê konstrukcjami rozporowymi przejmuj¹cymi nacisk gruntu. Konstrukcja taka opiera siê o przeciwleg³e œciany. Rodzaj i sposób wykonania takiej konstrukcji mog¹ byæ ró¿ne (zale¿ne od rodzaju gruntu i jego nawodnienia).
Wykopy szerokie mog¹ byæ równie¿ rozpierane, lecz d³ugoœæ rozpór bêdzie znacznie wiêksza ni¿ w wykopach w¹skich. Dlatego te¿ rozpory nale¿y podpieraæ w celu zabezpieczenia ich przed wyboczeniem, przed ugiêciem pod dzia³aniem ciê¿aru w³asnego i momentu zginaj¹cego od si³y œciskaj¹cej.
Je¿eli wykop szerokoprzestrzenny jest zbyt szeroki i wprowadzenie konstrukcji rozpieraj¹cej wymaga³o by du¿ej iloœci materia³ów, to stosujê siê podpieranie deskowania zastrza³ami ukoœnymi(a).
Je¿eli poza konturem wykopu dysponuje siê odpowiednio szerokim pasem terenu, to mo¿na stosowaæ do podtrzymanie obudowy wykopów za pomoc¹ ciêgien i kotwi p³ytowych lub blokowych(b).
Wykopy zabezpiecza siê równie¿ tak zwan¹ œciank¹ berliñsk¹. Metoda ta polega na wbiciu pionowych elementów stalowych lub betonowych po³¹czonych ze sob¹ w szczeln¹ œcianê i rozpartych na szczytach wystaj¹cych ponad ziemiê. Pomiêdzy œciankami mo¿na wówczas w sposób bezpieczny dla budowniczych wybraæ ziemiê i prowadziæ pracê. Metoda ta jest bardzo przydatna podczas prac w œcis³ej zabudowie miejskiej, gdy¿ nie narusza struktur i naprê¿eñ gruntu w bezpoœrednim s¹siedztwie fundamentów.
Zasady posadowienia fundamentów obok s¹siada:
Zawsze staramy siê posadowiæ fundament na tym samym poziomie co fundament s¹siada.
Metody obliczania statecznoœci skarp wykopów i zboczy:
SKARPA - zewnêtrzna umocniona boczna powierzchnia nasypu lub wykopy, o kszta³cie i nachyleniu dostosowanym do w³aœciwego gruntu i lokalnych uwarunkowañ.
Analiza statecznoœci skarp w praktyce in¿ynierskiej najczêœciej dokonywane s¹ metodami paskowymi, z regu³y zak³adaj¹cymi ko³owe powierzchnie poœlizgu. Z poœród tych metod najpopularniejsza jest metoda szwedzka (Felleniusa) i metoda Bishopa. Statecznoœæ zboczy oblicza siê metodami: Mas³awa-Berera (w przypadku ³amanej powierzchni poœlizgu), Felleniusa (zak³ada, ¿e potencjalne powierzchnie poœlizgu s¹ ko³owo-walcowe), Bishopa, K?zdiego. Obecnie coraz czêœciej stosuje siê analizê numeryczn¹ za pomoc¹ metody elementów skoñczonych, nie obarczon¹ za³o¿eniami o kszta³cie powierzchni poœlizgu.
Statecznoœæ zboczy mo¿e byæ tylko wtedy zapewniona, gdy zostan¹ spe³nione cztery warunki:
dok³adne rozpoznanie budowy geologicznej i warunków wodnych terenu, przy czym na terenie dawnych osuwisk nale¿y zlokalizowaæ przebieg powierzchni poœlizgu
dok³adne wyznaczenie fizycznych i mechanicznych cech gruntów i ska³, zw³aszcza wzd³u¿ spodziewanych lub dawnych powierzchni poœlizgu
w³aœciwe zastosowanie metod obliczeniowych skarp i zboczy
odpowiednie zastosowanie zabezpieczeñ.
Ochrona pod³o¿a gruntowego:
Uwzglêdnienie dzia³ania ciœnienia sp³ywowego na grunty poni¿ej dna wykopu fundamentowego:
Ciœnienie sp³ywowe - ciœnienie dzia³aj¹ce na cz¹stki gruntu wskutek filtracji wody i skierowane zgodnie z jej kierunkiem
Ciœnienie sp³ywowe krytyczne - ciœnienie sp³ywowe, przy którym nastêpuje przejœcie gruntu w stan p³ynny po przekroczeniu pewnej prêdkoœci (krytycznej) przes¹czaj¹cej siê wody.
Ciœnienie sp³ywowe mo¿e powodowaæ utrudnienia w wykonawstwie wykopów i naruszenie równowagi skarp wykopów lub zboczy.
Ochrona obiektów przed wod¹ i wilgoci¹ gruntow¹:
Obiekty budowlane nale¿y tak zabezpieczyæ przed dzia³aniem wody gruntowej, aby zapewniæ trwa³oœæ fundamentu, oraz sam obiekt chroniæ przed szkodliwym zawilgoceniem. Zawilgocenie œcian piwnic budynku czêsto uniemo¿liwia ich eksploatowanie. Wyró¿nia siê dwa sposoby ochrony obiektów przed dzia³aniem wody gruntowej: ochronê czynn¹ i biern¹.
Ochrona czynna polega na trwa³ym sztucznym obni¿eniu poziomu zwierciad³a wód gruntowych za pomoc¹ drena¿u poziomego lub pionowego. Mo¿e zaistnieæ równie¿ taka potrzeba i¿ bêdzie trzeba po³¹czyæ oba drena¿e.
Ochrona bierna polega na wykonaniu:
os³ony wodoszczelnej
izolacji przeciwwilgociowej
Os³ony wodoszczelne chroni¹ budynek i jego fundamenty przed wodami przep³ywaj¹cymi, Natomiast izolacja przeciwwilgotnoœciowe chroni¹ œciany fundamentów przed dzia³aniem wód grawitacyjnych i kapilarnych.
Metody tymczasowego odwodnienia wykopów fundamentowych:
Odwadnianie wykopów polega na usuniêciu wody z wykopu w zakresie niezbêdnym do uzyskania jak najlepszych warunków budowy, przy czym nale¿y zwracaæ uwagê, ¿eby struktura pod³o¿a, ze wzglêdu na trwa³oœæ wznoszonej budowli, nie zosta³a naruszona w stopniu wiêkszym od dopuszczalnego.
Rozró¿nia siê trzy sposoby odwadniania wykopów:
1) odwodnienie bezpoœrednie (powierzchniowe)
Polega ono na ujêciu wody bezpoœrednio w wykopie, po jej przenikniêciu przez powierzchniê skarpy i dna wykopu. Odwodnienie powierzchniowe dzia³ki mo¿emy wykonaæ przez wbudowanie systemu rowków odwadniaj¹cych. Rowków tych nie nale¿y prowadziæ wzd³u¿ lub pod projektowanymi œcianami, aby nie zmniejszyæ noœnoœci pod³o¿a. W wykopie o du¿ych wymiarach nale¿y zebraæ wodê ma³ymi rowkami wpadaj¹cymi do rowu g³ównego, który prowadzi wodê do do³u lub studni, umieszczonej w obrêbie projektowanego fundamentu. Woda dostaj¹ca siê do tych studzienek zbiorczych jest odpompowywana na zewn¹trz wykopu. Rowki nale¿y wype³niaæ t³uczkiem lub ¿wirem i pokryæ je deskami. W czasie wykonywania wykopów rowki nale¿y systematycznie pog³êbiaæ.
2) odwodnienie wg³êbne
Polega na ujêciu wody w g³êbi gruntu za pomoc¹ ró¿nych instalacji depresyjnych. W zale¿noœci od kierunku lud odchylenia wbudowanych drenów od pionu, odwodnienia wg³êbne mog¹ byæ pionowe, poziome i ukoœne. Ze wzglêdy na g³êbokoœæ odwodnienia dzielimy je na p³ytki (do 8 m), œredniej g³êbokoœci (do 20 m) oraz na g³êboki (powy¿ej 20 m). Ze wzglêdu na rozmieszczenie w pionie, odwodnienie wg³êbne mo¿emy podzieliæ na jednopiêtrowe, dwupiêtrowe oraz na trójpiêtrowe:
Odwodnienie mieszane
Polega na czêœciowym ujêciu wody w g³êbi gruntu i czêœciowym bezpoœrednio w wykopie.
Zakres zastosowania wymiennych sposobów odwadniania zale¿y od warunków miejscowych, do których zalicza siê:
hydrogeologiczne w³aœciwoœci pod³o¿a (uk³ad warstw, przepuszczalnoœæ, zasilenie wod¹, chemiczne w³aœciwoœci wody)
parametry wykopów (kszta³ty i wymiary w planie i pionie, po³o¿enie wykopu w stosunku do warstw wodonoœnych)
rodzaj budowli, wymiary i kszta³t fundamentów, stosunek obci¹¿enia rzeczywistego do obci¹¿enia dopuszczalnego dla pod³o¿a oraz wra¿liwoœci na nierównomierne osiadanie
warunki posadowienie budowli istniej¹cych w zasiêgu leja depresji
wp³yw depresji na ¿ycie biologiczne w odwadnianym obszarze
czas trwania odwodnienia
Odwodnienie sta³e budowli:
Odwodnienie sta³e budowli polega na trwa³ym sztucznym obni¿eniu poziomu zwierciad³a wód gruntowych za pomoc¹ drena¿u poziomego.
Drenowanie poziome sk³ada siê z s¹czków i studzienek. Stosuje siê je dla trwa³ego odwodnienia budowli lub jako drena¿ roboczy.
Podzia³ drenów poziomych:
systematyczny-polega na równomiernym za³o¿eniu drenów poziomych lub pionowych na ca³ym terenie
opaskowe-najbardziej rozpowszechniony sposób w budownictwie. Polega na u³o¿eniu drenów wokó³ budynku
warstwowe-w gruntach pylastych i i³owych
czo³owe i brzegowe
Drena¿ czo³owy i brzegowy.
Drena¿ opaskowy:
Drena¿ opaskowy to instalacja z rur perforowanych, posiadaj¹cych otwory, która u³o¿ona jest wokó³ budynku na poziomie fundamentów. Celem wykonania drena¿u opaskowego jest ochrona œcian fundamentów lub piwnic przed niszcz¹cym dzia³aniem wody i wilgoci. Przed wykonaniem drena¿u konieczne jest odpowiednie zabezpieczenie fundamentów. Wykopy, w których umieszcza siê rury, powinny byæ wykonane wko³o domu na g³êbokoœci oko³o1,5 m. Rury drenarskie mocuje siê na œcisk do studzienek. W najwy¿szych i najni¿szych punktach systemu drenarskiego, przy ka¿dej
zmianie kierunku oraz przy bocznych pod³¹czeniach umieszcza siê studzienki. Studzienki nale¿y zamontowaæ przed rozprowadzeniem miêdzy nimi rur drenarskich. Rury drenarskie uk³ada siê w przygotowanym wykopie na 15-centymetrowej warstwie filtracji z granulowanego keramzytu œr. 10-20 mm lub ¿wiru. Wa¿ne jest, aby w kierunku studzienki wystêpowa³ spadek instalacji od 0,5 do 2 proc. Powierzchnia rur drenarskich jest perforowana - na ca³ej d³ugoœci posiada otwory, którymi woda z ka¿dego kierunku przedostaje siê do jej wnêtrza, a nastêpnie sp³ywa do studzienki. Drena¿ opaskowy nale¿y przysypaæ obsypk¹ filtracyjn¹ np. z keramzytu, która zabezpieczy przed przedostaniem siê do œrodka rury zanieczyszczeñ oraz przed zatykaniem jej otworów perforacyjnych. Górny otwór studzienki - tzw. w³az rewizyjno - kontrolny pokrywa siê z teleskopem (¿eliwn¹ pokryw¹), która wytrzymuje nacisk do 5 ton. W³az teleskopowy pozwala na regulowanie wysokoœci swojego posadowienia w stosunku do wykonanej nawierzchni ostatecznej. Magazynowana w studzience woda pochodz¹ca z systemu drenarskiego odprowadzana jest do studni rozs¹czaj¹cej.
Podstawowe metody wzmacniania gruntów:
„Ubijanie”
Najprostszym sposobem wzmacniania gruntów piaszczystych, pod ma³ymi i lekkimi obiektami, jest moczenie gruntu niewielk¹ iloœci¹ wody i ubijaniu go ubijakami mechanicznymi lub rêcznymi. Je¿eli noœnoœæ gruntu jest zbyt ma³a, a wynika ona z wilgotnoœci gruntu, to mo¿emy zagêœciæ go ¿wirem b¹dŸ drobnymi kamieniami ubijanymi warstwami. Zagêszczaj¹c tym sposobem grunt bardzo mokry, nale¿y wykonaæ œcianki szczelne wokó³ zagêszczonego odcinka.
Zastrzyki z zaprawy cementowej
S³abe grunty sypkie mo¿na zagêœciæ zastrzykami z zaprawy cementowej. Do tego celu wbija siê na odpowiedni¹ g³êbokoœæ w grunt stalowe rury, do których przewodami gumowymi doprowadza siê pod ciœnieniem p³ynn¹ zaprawê cementow¹. Zaprawa ta wype³nia przestrzenie miêdzycz¹steczkowe w gruncie, zwiêkszaj¹c jego szczelnoœæ i wytrzyma³oœæ. W podobny sposób wzmacnia siê grunty metodami chemicznymi, wprowadzaj¹c do gruntu zwi¹zki zawieraj¹ce szk³o wodne lub polimery.
Wzmacnianie gruntu metod¹ Jet Grounting. Metoda polega na mieszaniu gruntu z zaczynem stabilizuj¹cym wt³aczanym strumieniowo pod wysokim ciœnieniem (200-300 bar). Mo¿na w ten sposób wzmacniaæ wszelkiego rodzaju grunty: organiczne, torfy i namu³y, luŸne piaski o ró¿nej granulacji i plastyczne grunty spoiste. Zastêpuje œciany szczelinowe, pale.
Kolumny cementowo-wapniowe (wg. technologii firmy Stabilator)
Wibroflotacja i wibrowymiana. Metodê wg³êbnego zagêszczenia gruntów sypkich (wibroflotacjê) stosuje siê do gruntów o zawartoœci frakcji pylastej mniejszej ni¿ 15%.Przy wiêkszej zawartoœci py³ów metoda ta jest nieekonomiczna.
Wydajnoœæ jest zale¿na od typu wibrofloatatora (30÷80 m3/h ).
Metodê wibrowymiany stosuje siê dla gruntów spoistych.
Rodzaje wód gruntowych:
Woda gruntowa to zasoby wody w podziemnych warstwach ska³, zwanych warstw¹ wodonoœn¹. Jest ona zasilana przez wody opadowe, które przenikaj¹ przez warstwy przepuszczalne dla wody i zatrzymuj¹ siê ponad warstwami nieprzepuszczalnymi. Poziom wód gruntowych zale¿y przede wszystkim od iloœci opadów atmosferycznych, ale tak¿e od ciœnienia atmosferycznego oraz jej zu¿ywania przez cz³owieka.
Woda w gruntach skalistych mo¿e wystêpowaæ jako:
woda porowa (wolna lub kapilarna)
woda szczelinowa (wolna lub kapilarna)
Woda w gruntach nieskalistych mo¿e wystêpowaæ jako:
woda b³onkowa (absorbowana)
woda w³oskowata (kapilarna)
woda wolna
Woda b³onkowa - wskutek dzia³ania si³ absorpcji cz¹stki szkieletu gruntowego s¹ otoczone b³on¹ wody silnie zwi¹zanej z powierzchni¹ cz¹stek.
Woda kapilarna - pory w szkielecie tworz¹ przestrzenn¹ siatkê naczyñ po³¹czonych, w których woda mo¿e podci¹gaæ siê ku górze ponad zwierciad³o wody wolnej.
Woda wolna - przyjmuje siê, ¿e na wodê gruntow¹ dzia³a tylko si³a ciê¿koœci, wobec czego podlega ona praw¹ hydrauliki (filtracji) w oœrodkach porowatych.
Fundamenty poœrednie:
Fundamenty poœrednie to takie fundamenty, które w sposób poœredni przekazuj¹ obci¹¿enia konstrukcyjne na g³êbiej zalegaj¹ce warstwy noœne pod³o¿a gruntowego, przez dodatkowe elementy wprowadzone lub uformowane w gruncie, np. w postaci pali, studni, kesonów czy œcianek szczelnych. U góry tych elementów wykonuje siê w³aœciwy fundament, który ³¹czy siê z budowl¹. Przyk³adem tego rodzaju fundamentów mo¿e byæ ruszt fundamentowy na palach.
Podzia³ pali pod wzglêdem pracy, materia³u i wykonawstwa:
Fundamenty palowe stanowi¹ odmianê fundamentów poœrednich (g³êbokich). Obci¹¿enia z budowli przenoszone s¹ przez pale na g³êbsze warstwy gruntu, bardziej wytrzyma³e od warstw powierzchniowych.
Pale klasyfikujemy pod wzglêdem:
sposobu przekazywania obci¹¿enia na: s³upowe(a), zawieszane(b) i pale poœrednie(c); patrz rysunek ?
rodzaju materia³u z jakiego s¹ wykonane na: drewniane, betonowe, ¿elbetowe i stalowe
sposobu wykonania lub wprowadzenia w grunt na: prefabrykowane i wykonywane w gruncie
Pale prefabrykowane mo¿na wbijaæ, wkrêcaæ, wprowadzaæ w grunt za pomoc¹ pr¹du wody (wp³ukiwanie), wciskaæ i wwibrowywaæ.
Pale mog¹ byæ wykonane w gruncie w ró¿ny sposób z tym, ¿e wszystkie technologie mo¿na podzieliæ na takie kategorie:
usuwa siê grunt a w jego miejsce wprowadza siê materia³ budowlany, przede wszystkim beton
nie usuwa siê gruntu co powoduje jego zagêszczenie
ZnajomoϾ technologii wykonywania pali Mega, Franki, Wofsholza, Wierconych, CFA:
Pale pneumatyczne WOLFSHOLZA. Dla tego typu pali odwierca siê otwory w gruncie wywiercaj¹c urobek urz¹dzeniami wiertniczymi. Beton w stanie plastycznym podaje siê przez pompê betonow¹ o ci¹g³ym wp³ywie do rury wiertniczej. Rura wiertnicza jest u góry hermetycznie zamkniêta. Oprócz betonu przez rurê wprowadza siê te¿ powietrze sprê¿one. Sprê¿one powietrze ma za zadanie usuniêcia wody gruntowej z rury, a tak¿e powoduje docisk betonu do gruntu przy jednoczesnym podnoszeniu rury wiertniczej.
PALE FRANKI wykonuje siê w rurze p³aszczowej, wprowadzonej w grunt przez ubijanie korka betonowego znajduj¹cego siê u spodu rury. Korek jest wbijany za pomoc¹ ubijaka, co powoduje jednoczesne zag³êbianie siê rury. Zmniejszaj¹ca siê objêtoœæ korka, dziêki skomprymowaniu betonu i czêœciowemu wybijaniu go z rury, musi byæ stale uzupe³niana przez dosypywanie œwie¿ego betonu w takiej iloœci, by korek siêga³ przynajmniej 40-60cm ponad doln¹ krawêdŸ rury. Postêpuj¹c w ten sposób doprowadza siê rurê do projektowanej g³êbokoœci. Nastêpnie ubijanie trwa jednoczeœnie ze stopniowym podnoszeniem rury.
PALE CFA wykonuje siê za pomoc¹ typowej palownicy, która podtrzymuje ci¹g³y œwider i stó³ obrotowy oraz umo¿liwia przy³o¿enie pionowego nacisku w czasie wiercenia. Spirala œwidra, owiniêta jest na rurze. W czasie wiercenia wnêtrze rury wype³nia siê betonem i utrzymuje lekkie ciœnienie betonu dla zapobie¿enia penetracji gruntu i wody do wnêtrza œwidra. Po osi¹gniêciu projektowanej g³êbokoœci nastêpuje faza stopniowego podci¹gania zablokowanego œwidra i betonowania trzonu pala pod ciœnieniem. Betonowanie pod ciœnieniem zapewnia uzyskanie dobrego kontaktu z gruntem na pobocznicy pala i pozwala na osi¹gniêcie projektowanych noœnoœci pala ju¿ przy niedu¿ych zag³êbieniach w pod³o¿e noœne. Po zakoñczeniu betonowania do trzonu wprowadza siê zbrojenie pala.
Elementy konstrukcyjne pala:
Dolny koniec pola nazywa siê ostrzem lub podstaw¹. Ostrze mo¿e byæ zaostrzona lub rozszerzone. Górny koniec pala jest zwykle têpo œciêty i nosi nazwê g³owicy. Powierchnia boczna pala jest nazywana pobocznic¹.
W sk³ad fundamentu na palach wchodzi zawsze ruszt, zwany czêsto konstrukcj¹ oczepow¹ lub wieñcow¹ oraz pale przekazuj¹ce obci¹¿enia na pod³o¿e budowlane.
Obliczenie noœnoœci pali:
Noœnoœæ pala lub grupy pali musi wynikaæ z warunku równowagi si³ w otaczaj¹cym go gruncie. Nale¿y uwzglêdniæ wzajemny wp³yw oporu tarcia na pobocznicy pala i noœnoœæ pod³o¿a pod dolnym koñcem pala.
Obci¹¿enie obliczeniowe Qr dzia³aj¹ce wzd³u¿ pala powinno spe³niaæ warunek:
Qr ? mNt
Obliczeniow¹ noœnoœæ pala wciskanego oblicza siê za pomoc¹:
Nt = Np + Ns = Sp*qr*Ap+?Ssi*tir*Asi [kN]
natomiast pala wyci¹ganego za pomoc¹ wzoru:
Nw = ?Ssw*tir*Asi [kN]
Nt -obliczeniowa noœnoœæ pala wciskanego
Np -opór podstawy pala
Ns -opór pobocznicy pala
Nw -obliczeniowa noœnoœæ pala wyci¹ganego
Ap-pole przekroju poprzecznego pala wyci¹ganego
Asi -pole pobocznicy pala zag³êbionego w gruncie
qr-jednostkowa, obliczeniowa wytrzyma³oœæ gruntu pod podstaw¹ pala
tir-jednostkowa, obliczeniowa wytrzyma³oœæ gruntu wzd³u¿ pobocznicy pola w obrêbie warstwy
Ssw, Ssi, Sp -wspó³czynniki technologiczne
Metody sprawdzenia noœnoœci pali:
W celu sprawdzenie noœnoœci pali przeprowadza siê próbne obci¹¿enie pala w terenie. Wyniki próbnych obci¹¿eñ stanowi¹ podstawê do ewentualnych zmian w projekcie palowania. Wartoœci obci¹¿eñ próbnych wciskaj¹cych lub wyci¹gaj¹cych nale¿y projektowaæ na si³ê pó³torakrotnej wartoœci noœnoœci pala wciskanego lub wyci¹ganego. Próbne obci¹¿enie boczne nale¿y projektowaæ na si³y co najmniej póltorakrotnie wy¿sze od obci¹¿enia charakterystycznego pala. Urz¹dzenia do sprawdzania noœnoœci pali w terenie sk³adaj¹ siê z:
urz¹dzeñ obci¹¿aj¹cych
urz¹dzeñ pomiarowych
Miêdzy wykonaniem pala a sprawdzeniem jego noœnoœci powinien up³yn¹æ czas podany w tab. 14 normy PN-83/B-02482. Termin ten zale¿ny jest od rodzaju gruntu i rodzaju pali.
Mikropale i pale du¿ych œrednic:
Pale wielkowymiarowe to pale wykonywane w gruncie o œrednicach wiêkszych od pali wbijanych, których wykonanie i zag³êbianie jest nieop³acalne bez u¿ycia odpowiednich urz¹dzeñ. Dolna granica wymiaru œrednicy pala wielkowymiarowego to 1m, zaœ górna granica stale siê zwiêksza. Metody wykonywania pali wielkowymiarowych to metoda Benoty, Salzgittera, HW, pale rurowe. Pale wielkowymiarowe s¹ coraz bardziej popularne i wypieraj¹ powoli fundamenty studniowe i kesonowe.
Mikropale iniekcyjne stosowane s¹ do budowy nowych, jak i wzmacniania istniej¹cych fundamentów. Niezale¿nie od odmiany technologia wykonywania mikropali jest identyczna i sprowadza siê do wiercenia udarowo-obrotowego specjalnymi ¿erdziami z jednoczesn¹ iniekcj¹ zaczynem cementowym. Pierwszy odcinek ¿erdzi rurowej zaopatrzony jest
w koronkê skrawaj¹c¹ grunt. ¯erdzie s¹ przed³u¿ane poprzez ³¹czenie ich na mufy. Iniekcja cementowa spe³nia jednoczeœnie rolê p³uczki wiertniczej oraz tworzy bu³awê pala wokó³ ¿erdzi. Do zaczynu cementowego dodawany jest œrodek przeciwdzia³aj¹cy skurczowi. Zasadniczym czynnikiem pogr¹¿aj¹cym ¿erdzie jest moment obrotowy i nacisk pionowy agregatu wiertniczego wiertnicy. Udar stosuje siê wy³¹cznie w przypadku natrafienia na przeszkody w gruncie takie jak, np. kamienie b¹dŸ gruz budowlany. Nawet w takim przypadku wiercenia nie powoduje znacz¹cych wstrz¹sów.
Wiercenie w os³onie iniekcji cementowej nie powoduje kraterów wokó³ tworzonego pala, przeciwnie - penetracja zaczynu powoduje petryfikacjê gruntu wokó³ trzonu pala.
Inn¹ zalet¹ systemu jest mo¿liwoœæ ³¹czenia ¿erdzi o dowolnych d³ugoœciach - dziêki temu mo¿liwe jest stosowanie miniwiertnic w niskich pomieszczeniach, np. piwnicznych.
Specjalne mufy zapewniaj¹ prostoliniowoœæ pali oraz du¿¹ wytrzyma³oœæ na wyboczenie.
Prostota systemu, wynikaj¹ca w zasadzie z jednej czynnoœci, czyli wiercenia
i jednoczesnej iniekcji, zapewnia du¿¹ wydajnoœæ na zmianê robocz¹.
Zalet¹ systemu jest te¿ prostota ukszta³towania g³owicy pali, polegaj¹ca na obciêciu ¿erdzi i przyspawaniu do niej p³yty stalowej.
Pale “get grouting”:
Studnie fundamentowe:
Fundamentowanie na studniach polega na zapuszczeniu w gruncie pod wp³ywem wydobycia urobku studni murowanych, betonowych lub ¿elbetowych od do³u i góry otwartych, wykonywanych stopniowa w miarê ich opuszczania.
Studnie te po wprowadzeniu do odpowiedniego poziomu wype³nia siê betonem lub innym materia³em budowlanym, stanowi¹ one podstawê budowli, przenosz¹c jej ciê¿ar na g³êbiej le¿¹c¹ warstwê noœn¹.
Metody zapuszczania studni s¹ pokazane na rysunku poni¿ej:
a) w gruncie suchym
b) w gruncie nasyconym wod¹ przy równoczesnym obni¿aniu poziomu zwierciad³a wody gruntowej
w gruncie nawodnionym przez bagrowanie
Kszta³t studni bywa ró¿ny. Dotyczy to zarówno przekroju poziomego jak i pionowego.
Przekroje poziome studni:
a) kolisty
b) kwadratowy
c) dwuprzedzia³owy
d)dwurzêdowy uk³ad podzia³ów
Przekroje pionowe studni:
a) œciany pionowe bez odsadzek
b) œcianka poprzeczna i pogrubiona
c) œcianka poprzeczna i pogrubiona, poszerzona
d) z odsadzk¹ w do³u
e) z odsadzk¹ w do³u, poszerzona
Ogólnie studnie fundamentowe mo¿na podzieliæ na trzy grupy:
studnie murowane (z ceg³y, klinkieru lub prefabrykowanych elementów, kszta³tówek betonowych) na zaprawie cementowej
studnie betonowe lub ¿elbetowe wykonane na placu budowy
studnie betonowe lub ¿elbetowe wykonane w zak³adach prefabrykacyjnych
Przy zag³êbianiu studni czêsto spotykamy siê z ró¿nego rodzaju trudnoœciami, jak na przyk³ad odchylenie studni od pionu.
Najprostszym i najczêstszym sposobem doprowadzenia studni do po³o¿enia pionowego jest intensywne wybieranie gruntu z wnêtrza studni od strony mniejszego zag³êbienia no¿a i jednoczesne wolniejsze podkopywanie strony przeciwleg³ej. Studniê mo¿na wyprostowaæ wykonuj¹c zewnêtrzny wykop z jednej strony, na któr¹ chcemy studnie przechyliæ; z przeciwnej strony zwiêkszamy parcie gruntu robi¹c nasyp.
Wyprostowanie pochylonej studni (po lewej);
Sposób rozwi¹zania zaklinowanej studni przez jej obci¹¿enie (po prawej)
Studnie podczas zag³êbiania ulegaj¹ te¿ zaklinowani. Aby zlikwidowaæ ten problem nale¿y zmniejszyæ tarcie stosuj¹c p³uczkê lub zwiêkszyæ ciê¿ar studni dodatkowo j¹ obci¹¿aj¹c.
Parcie, opór gruntu i parcie spoczynkowe:
PARCIE GRANICZNE gruntu niespoistego mo¿na wyznaczyæ na podstawie nastêpuj¹cych za³o¿eñ:
-oœrodek gruntowy jest jednorodny
-powierzchnia poœlizgu jest p³aszczyzn¹ nachylon¹ do poziomu pod k¹tem ?
-wzd³u¿ powierzchni poœlizgu spe³niony jest zwi¹zek
?= ?n tg?(n)
-reakcja od ciê¿aru klina od³amu jest odchylona od normalnej do p³aszczyzny poœlizgu o k¹t ?(n)
-parcie jest odchylone od normalnej do œciany pod k¹tem ?2(n)
Dla œciany pionowej obci¹¿onej równomiernie ?2(n)=0 jednostkowe parcie graniczne nale¿y wyznaczyæ ze wzoru:
ea=?(n)(z+hz)Kacos?
?(n)-wartoœæ charakterystyczna ciê¿aru objêtoœciowego gruntu
Ka-wspó³czynnik parcia granicznego gruntu, wyznaczany wed³ug wzoru Ka=tg2(45?-?(n) /2)
Dla œciany nachylonej obci¹¿onej równomiernie, ?2(n)? 0 jednostkowe parcie graniczne gruntu oblicza siê z tego samego wzoru co dla œciany pionowej, lecz wspó³czynnik parcia granicznego wyznacza siê z bardziej skomplikowanej zale¿noœci.
ODPÓR GRANICZNY GRUNTU mo¿na wyznaczy na podstawie za³o¿eñ przedstawionych wy¿ej i przy przyjêciu wspó³czynnika korekcyjnego ? wed³ug tablicy 4 normy PN-83/B-03010, uwzglêdniaj¹cego b³¹d, jaki pope³nia siê zak³adaj¹c p³ask¹ powierzchniê klina od³amu.
Dla œciany pionowej obci¹¿onej równomiernie ?2(n)=0 jednostkowe odpór graniczny nale¿y wyznaczyæ ze wzoru:
ep=? ?(n)(z+hz)Kpcos?
Kp-analogicznie co do parcia
Dla œciany nachylonej obci¹¿onej równomiernie, ?2(n)? 0 jednostkowe odpór graniczny gruntu oblicza siê z tego samego wzoru co dla œciany pionowej, lecz wspó³czynnik parcia granicznego wyznacza siê z bardziej skomplikowanej zale¿noœci.
PARCIE SPOCZYNKOWE GRUNTU nale¿y wyznaczyæ przy za³o¿eniu, ¿e sk³adowe jednostkowego parcia spoczynkowego gruntu s¹ równe odpowiednim sk³adowym naprê¿enia w jednorodnym izotropowym oœrodku sprê¿ystym. Naprê¿enia wywo³ane ciê¿arem w³asnym gruntu nale¿y przyjmowaæ przy uwzglêdnieniu zalegania ró¿nych warstw gruntu, wyporu wód gruntowych i ciœnienia sp³ywowego.
Dla œciany pionowej obci¹¿onej równomiernie jednostkowe parcie spoczynkowe e0 nale¿y wyznaczyæ ze wzoru:
e0=? ?(n)(z+hz)K0cos?
K0-analogicznie co do parcia
Wypadkowa parcia spoczynkowego gruntu nale¿y wyznaczyæ z wzoru:
E0=0,5?(n)h2K0+qn*h*K0
qn-wartoœæ charakterystyczna równomiernego obci¹¿enia naziomu
Dla œciany nachylonej parcie spoczynkowe nale¿y wyznaczyæ ze wzoru:
?(n) (z)=arc sin v/(1-v)
Dane wielkoœci wystêpuj¹ przy wykonywaniu odliczeñ obci¹¿enia dla œcian oporowych.
Œcianki szczelne:
Œcianki szczelne mog¹ wchodziæ w sk³ad pomocniczych budowli tymczasowych, takich ja grodze, lub same mog¹ tworzyæ tymczasowe konstrukcje pomocnicze. Zadaniem ich jest szczelne ograniczenie wykopów fundamentowych, czyli zapobieganie przenikania wody gruntowej i samego gruntu do œrodka prowadzonego wykopu.
Œcianki szczelne po wykonaniu fundamentu s¹ usuwane, w celu dalszego ich wykorzystania, lub te¿ po drobnej obróbce mog¹ w chodziæ na sta³e w sk³ad konstrukcji.
Wyró¿nia siê trzy typy konstrukcji, w których œcianka szczelna jest sta³ym elementem tej konstrukcji:
fundamenty, dla których œcianka szczelna stanowi istotny element zapobiegaj¹cy wyp³ukiwaniu gruntów spod podstawy
budowle piêtrz¹ce (œcianka szczelna stanowi przeponê uniemo¿liwiaj¹c¹ przenikanie wody z górnego poziomu ku dolnemu przez pod³o¿e budowli)
budowle oporowe, jak nabrze¿a portowe, umocnienia brzegowe, œciany oporowe, przyczó³ki mostowe.
Podzia³ œcianek szczelnych:
a) drewniane
b) stalowe
betonowe (tak¿e ¿elbetowe i z betonu sprê¿onego)
Œcianki szczelne wykonywane w gruncie:
Œcianki betonowe i ¿elbetowe czêsto wykonuje siê bezpoœrednio w gruncie. Wyró¿nia siê dwa sposoby ich wykonywania:
formowanie z pojedynczych pali w taki sposób, aby pale zachodzi³y wzajemnie na siebie
w postaci szczelnych ekranów wykonywanych w w¹skich wykopach
Œcianki szczelinowe:
Œcianki szczelinowe s¹ wykonywane w w¹skich i g³êbokich wykopach. Œciany wykopu utrzymywane s¹ przez bentonit, specjaln¹ zawiesinê tiksotropow¹. Po wykonaniu szczeliny na projektowan¹ g³êbokoœæ wype³nia siê j¹ betonem. Betonuje siê najczêœciej metodom betonowanie podwodnego (Contactora). Beton wypiera bentonit tworz¹c œciankê betonow¹. Do takiego wykopu z bentonitem mo¿na te¿ wprowadziæ prefabrykaty ¿elbetowe.
Œcianki szczelinowe, podobnie jak szczelne, mog¹ byæ utwierdzone w pod³o¿u, a u góry swobodnie podparte lub kotwione. Podparcie jest wygodniejsze w zamontowaniu, ale zabiera wiêcej miejsca, dlatego czêœciej s¹ stosowane zakotwiczenia liniowe. S¹ one ekonomiczne i bardzo praktyczne, wymagaj¹ jednak dysponowania odpowiednim sprzêtem wiertniczym.
Metody wzmacniania pod³o¿a:
„Ubijanie”
Najprostszym sposobem wzmacniania gruntów piaszczystych, pod ma³ymi i lekkimi obiektami, jest moczenie gruntu niewielk¹ iloœci¹ wody i ubijaniu go ubijakami mechanicznymi lub rêcznymi. Je¿eli noœnoœæ gruntu jest zbyt ma³a, a wynika ona z wilgotnoœci gruntu, to mo¿emy zagêœciæ go ¿wirem b¹dŸ drobnymi kamieniami ubijanymi warstwami. Zagêszczaj¹c tym sposobem grunt bardzo mokry, nale¿y wykonaæ œcianki szczelne wokó³ zagêszczonego odcinka.
Zastrzyki z zaprawy cementowej
S³abe grunty sypkie mo¿na zagêœciæ zastrzykami z zaprawy cementowej. Do tego celu wbija siê na odpowiedni¹ g³êbokoœæ w grunt stalowe rury, do których przewodami gumowymi doprowadza siê pod ciœnieniem p³ynn¹ zaprawê cementow¹. Zaprawa ta wype³nia przestrzenie miêdzycz¹steczkowe w gruncie, zwiêkszaj¹c jego szczelnoœæ i wytrzyma³oœæ. W podobny sposób wzmacnia siê grunty metodami chemicznymi, wprowadzaj¹c do gruntu zwi¹zki zawieraj¹ce szk³o wodne lub polimery.
Wzmacnianie gruntu metod¹ Jet Grounting. Metoda polega na mieszaniu gruntu z zaczynem stabilizuj¹cym wt³aczanym strumieniowo pod wysokim ciœnieniem (200-300 bar). Mo¿na w ten sposób wzmacniaæ wszelkiego rodzaju grunty: organiczne, torfy i namu³y, luŸne piaski o ró¿nej granulacji i plastyczne grunty spoiste. Zastêpuje œciany szczelinowe, pale.
Kolumny cementowo-wapniowe (wg. technologii firmy Stabilator)
Wibroflotacja i wibrowymiana. Metodê wg³êbnego zagêszczenia gruntów sypkich (wibroflotacjê) stosuje siê do gruntów o zawartoœci frakcji pylastej mniejszej ni¿ 15%.Przy wiêkszej zawartoœci py³ów metoda ta jest nieekonomiczna.
Wydajnoœæ jest zale¿na od typu wibrofloatatora (30÷80 m3/h ).
Metodê wibrowymiany stosuje siê dla gruntów spoistych.
Wymiana gruntu:
Przy nieznacznej gruboœci warstwy s³abej, wystêpuj¹cej w poziomie posadowienia, najbardziej op³acalnym sposobem podwy¿szenia wytrzyma³oœci pod³o¿a jest wymiana tej warstwy na warstwê piaskow¹ lub ¿wirow¹. Sposób ten jest bardzo przydatny szczególnie w przypadku warstw pochodzenia organicznego lub w bardzo zanieczyszczonych domieszkami organicznymi gruntach pylastych. Przy wymianie gruntu gruboœæ poduszki piaskowej ustala siê w zale¿noœci od warunków geologicznych. Gruboœæ i szerokoœæ poduszki przyjmuje siê takie, aby obliczeniowe czy normowe obci¹¿enie pod³o¿a nie przewy¿sza³o wytrzyma³oœci gruntu rodzimego (je¿eli pod warstw¹ s³ab¹ wystêpuje grunt o noœnoœci mniejszej ni¿ noœnoœæ poduszki). Je¿eli pod warstw¹ umowna wystêpuje pod³o¿e o du¿ej noœnoœci to gruboœæ poduszki równa siê odleg³oœci miêdzy podstaw¹ fundamentu a stropem warstwy noœnej.
Wstêpne przeci¹¿enie gruntu:
Wstêpne obci¹¿enia pod³o¿a gruntowego polegaj¹ na usypaniu na obszarze przysz³ej budowy odpowiednio wysokiego wa³u ziemnego lud narzutu kamiennego. Pod wp³ywem tego ciê¿aru grunt osiada i zagêszcza siê. Nastêpnie nasyp czy narzut usuwa siê, a na jego miejsce wznosi siê projektowan¹ budowlê. Potrzebn¹ wielkoœæ obci¹¿enia oraz pole objêtego obszaru wyznacza siê przez wykreœlenie granic stref aktywnych oraz krzywych zanikania naprê¿eñ dodatkowych zarówno dla nasypu, wstêpnie obci¹¿onego pod³o¿e, jak i dla projektowanej budowy. Sposób ten wykorzystuje siê najczêœciej do zagêszczenie s³abych gruntów spoistych, po wczeœniejszym wykonaniu w pod³o¿u drenów piaskowych.
Dreny piaskowe:
Konsystencja i noœnoœæ gruntu spoistego zale¿y od wilgotnoœci. Wiadomo, ¿e zmiany wilgotnoœci w du¿ych masach gruntu spoistego s¹ bardzo powolne. Dlatego przy wstêpnym obci¹¿eniu pod³o¿a stosuje siê te¿ dreny piaskowe, aby umo¿liwiæ i przyspieszyæ odp³yw wody z porów gruntu. Dreny piaskowe s¹ wykonywane w gruncie za pomoc¹ pionowych s¹czków, wype³nionych materia³em o znacznie lepszej przepuszczalnoœci (s³upy piaskowe)ni¿ grunt wystêpuj¹cy na danym terenie. Dreny Skracaj¹ drogê przep³ywu wypieranej wody.
Zagêszczanie gruntów.
Zagêszczanie gruntów mo¿na uzyskaæ przez:
wstêpne odci¹¿enia
wibrowanie gruntów
wykonanie pali gruntowych
wykonanie drenów piaskowych i geodrenów
wt³aczanie t³ucznia
dynamiczn¹ konsolidacjê
U¿ycia odpowiedniego sposobu zagêszczenie gruntu jest zale¿ne od rodzaju gruntu.
Wstêpne obci¹¿enia pod³o¿a gruntowego polegaj¹ na usypaniu na obszarze przysz³ej budowy odpowiednio wysokiego wa³u ziemnego lud narzutu kamiennego. Pod wp³ywem tego ciê¿aru grunt osiada i zagêszcza siê. Nastêpnie nasyp czy narzut usuwa siê, a na jego miejsce wznosi siê projektowan¹ budowlê.
Konsystencja i noœnoœæ gruntu spoistego zale¿y od wilgotnoœci. Dlatego przy wstêpnym obci¹¿eniu pod³o¿a stosuje siê te¿ dreny piaskowe, aby umo¿liwiæ i przyspieszyæ odp³yw wody z porów gruntu.
Wibrowanie gruntu polega na wprowadzeniu do sypkiego gruntu wibratora napêdzanego elektrycznie. W ten sposób zagêszcza siê stopniowo (przez podci¹ganie wibratora ku górze) odcinkami grunt na ca³ej przewidywanej g³êbokoœci.
Pale piaskowe wprowadza siê pod ciœnieniem do gruntu sypkiego, co powoduje jego zagêszczenie wokó³ wciskanego pala, gdy¿ rozpiera on ziarna gruntu na boki i wciska je miêdzy inne ziarna.
W celu wzmocnienia niezbyt grubej warstwy gruntu spoistego, le¿¹cej bezpoœrednio pod powierzchni¹ terenu wciska siê w grunt t³uczeñ. Odpowiedniej gruboœci warstwê t³ucznia uk³ada siê na powierzchni i wbija ubijakami.
Dynamiczn¹ konsolidacjê stosuje siê do zagêszczenia nasypów z gruntu sypkiego u³o¿onego na warstwie s³abej gruntu spoistego z wykonanymi pionowymi drenami.
Kolumny t³uczniowe:
W celu wzmocnienia niezbyt grubej warstwy gruntu spoistego, le¿¹cej bezpoœrednio pod powierzchni¹ terenu wciska siê w grunt t³uczeñ. Odpowiedniej gruboœci warstwê t³ucznia uk³ada siê na powierzchni i wbija ubijakami. Do tego celu u¿ywa siê ciê¿kich ubijaków stosowanych przy budowie dróg i zapór ziemnych do zagêszczenie nasypów. Ubijaki te wprowadzone w wibracjê wprowadzaj¹ w grunt kolumnê t³ucznia. T³uczeñ powinien byæ kamienny, ceglany lub z gruzu betonowego, gruboziarnisty, bez domieszki piasku lub innego gruntu.
Zastrzyki cementowe:
Zastrzyki gruntowe stosuje siê, aby pod³o¿e gruntowe, którego wytrzyma³oœæ nie wystarcza do przejêcia obci¹¿eñ z planowanej budowli, na tyle wzmocniæ przez wype³nienie szczelin (w gruntach skalistych) lub porów (w gruntach ¿wirowych i piaszczystych), aby uczyniæ pod³o¿e gruntowe dostatecznie wytrzyma³e i na sta³e bezpieczne. Zastrzyki gruntowe znajduj¹ równie¿ zastosowanie do wzmocnienia pod³o¿a gruntowego pod istniej¹cym budynkiem, aby powstrzymaæ osiadanie.
Zastrzyki cementowe s¹ skuteczne tylko w gruntach gruboziarnistych. Metoda ta polega na wbijaniu lub wp³ukiwaniu w grunt szeregu rur, po czym przez niektóre z nich wprowadza siê czyst¹ wodê pod ciœnieniem. Woda wp³ywa przez pozosta³e rury wyp³ukuj¹c z gruntu cz¹stki i³owe i py³owe, przeszkadzaj¹ce w wype³nieniu porów gruntu i nale¿ytym zeskalaniu ca³oœci. Nastêpnie przez rury wprowadza siê zaprawê cementow¹, przy czym rury jednoczeœnie siê unosi.
Pale iniekcyjne:
Mikropale iniekcyjne stosowane s¹ do budowy nowych, jak i wzmacniania istniej¹cych fundamentów. Niezale¿nie od odmiany technologia wykonywania mikropali jest identyczna i sprowadza siê do wiercenia udarowo-obrotowego specjalnymi ¿erdziami z jednoczesn¹ iniekcj¹ zaczynem cementowym. Pierwszy odcinek ¿erdzi rurowej zaopatrzony jest
w koronkê skrawaj¹c¹ grunt. ¯erdzie s¹ przed³u¿ane poprzez ³¹czenie ich na mufy. Iniekcja cementowa spe³nia jednoczeœnie rolê p³uczki wiertniczej oraz tworzy bu³awê pala wokó³ ¿erdzi. Do zaczynu cementowego dodawany jest œrodek przeciwdzia³aj¹cy skurczowi. Zasadniczym czynnikiem pogr¹¿aj¹cym ¿erdzie jest moment obrotowy i nacisk pionowy agregatu wiertniczego wiertnicy. Udar stosuje siê wy³¹cznie w przypadku natrafienia na przeszkody w gruncie takie jak, np. kamienie b¹dŸ gruz budowlany. Nawet w takim przypadku wiercenia nie powoduje znacz¹cych wstrz¹sów.
Wiercenie w os³onie iniekcji cementowej nie powoduje kraterów wokó³ tworzonego pala, przeciwnie - penetracja zaczynu powoduje petryfikacjê gruntu wokó³ trzonu pala.
Inn¹ zalet¹ systemu jest mo¿liwoœæ ³¹czenia ¿erdzi o dowolnych d³ugoœciach - dziêki temu mo¿liwe jest stosowanie miniwiertnic w niskich pomieszczeniach, np. piwnicznych.
Specjalne mufy zapewniaj¹ prostoliniowoœæ pali oraz du¿¹ wytrzyma³oœæ na wyboczenie.
Prostota systemu, wynikaj¹ca w zasadzie z jednej czynnoœci, czyli wiercenia
i jednoczesnej iniekcji, zapewnia du¿¹ wydajnoœæ na zmianê robocz¹.
Zalet¹ systemu jest te¿ prostota ukszta³towania g³owicy pali, polegaj¹ca na obciêciu ¿erdzi i przyspawaniu do niej p³yty stalowej.
Wzmacnianie i pog³êbianie fundamentów:
Wzmacnianie fundamentów metod¹ “jet grounding” polega na mieszaniu gruntu z zaczynem stabilizuj¹cym wt³aczanym strumieniowo pod wysokim ciœnieniem. Aby wzmocniæ pod³o¿e pod fundamentem istniej¹cego budynku, nale¿y, wierc¹c pod k¹tem, wykonaæ kolumny ukoœne. Dodatkow¹ zalet¹ tej technologii jest to, ¿e kolumny mo¿na wykonywaæ, wstawiaj¹c urz¹dzenie do piwnic budynku, pod warunkiem jednak, ¿e pomieszczenie ma wysokoœæ co najmniej 1,5 metra. Pozwala to wzmacniaæ pod³o¿e pod fundamentami budynków ju¿ stoj¹cych, tak¿e z pomieszczeñ piwnic w centralnie po³o¿onych czêœciach budynku, tam gdzie nie ma dostêpu od zewn¹trz.
Istniej¹ce fundamenty wzmacnia siê te¿ za pomoc¹ pali, które przyjmuj¹ na siebie obci¹¿enie istniej¹cego fundamentu. Fundamenty mo¿na poszerzaæ za pomoc¹ dobudowania obustronnych lub jednostronnych elementów do istniej¹cego fundamentu lub przez zbudowanie szerszej p³yty pod ca³a stop¹ fundamentu.