background image

N A P R Ę Ż E N I A   P O D   F U N D A M E N T E M   B E Z P O Ś R E D N I M

Naprężenia  pod  fundamentem  oblicza  się  w  celu  oceny  spodziewanego  osiadania

podłoża. Stan naprężeń w ośrodku gruntowym pod geometrycznym środkiem bezpośredniego,

prostokątnego  fundamentu,  posadowionego  w  wykopie  zmienia  się  w  trakcie  realizacji

inwestycji.

1. Przed rozpoczęciem  inwestycji w  gruncie  istnieją  naprężenia  pierwotne,  których  źródłem

jest ciężar własny gruntu

i

i

n

1

i

h

m

g

s

g

×

=

å

=

gdzie: h – głębokość od powierzchni terenu [m],

i – numer warstwy geotechnicznej,

n – ilość warstw geotechnicznych,

m

i

 – miąższość kolejnej warstwy [m],

g

i

 – ciężar objętościowy warstwy [kN/m

3

].

W przypadku, gdy warstwa geotechniczna znajduje się poniżej zwierciadła  wody  gruntowej

należy  uwzględnić  wypór  wody  działający  na  szkielet  gruntowy  i  do  obliczenia  naprężeń

przyjąć ciężar objętościowy gruntu 

g’ = (1 – n) (g

s

 - 

g

w

).

Dla  przykładu  przedstawionego  na  rysunku  1,  naprężenia  pierwotne  w  poziomie

posadowienia wynoszą:

1

γ

D

γ

D

×

=

s

naprężenia  pierwotne  na  głębokości  z  poniżej  poziomu  posadowienia  (głębokość  h  poniżej

powierzchni terenu) są równe:

(

)

'

γ

m

z

r

m

γ

D

2

1

1

1

1

r

h

×

-

+

×

+

×

=

s

background image

Rys. 1 Wykres naprężeń pierwotnych

2.  Po  wykonaniu  wykopu  fundamentowego  następuje  odprężenie  gruntu  i  istniejące  w  tym

stanie  naprężenia  pionowe  w  gruncie  noszą  nazwę  naprężeń  minimalnych  (rysunek  2).

Naprężenia  minimalne  w  dnie  wykopu  są  równe  zero,  zaś  na  głębokości  z > 0  poniżej

poziomu posadowienia wynoszą:

s

z

h

m

z

-

s

s

s

g

=

gdzie:

m
z

σ - naprężenia minimalne [kPa],

g

h

σ - naprężenia pierwotne [kPa],

s

z

σ - naprężenia wtórne [kPa].

Naprężenia wtórne w poziomie posadowienia są równe naprężeniom pierwotnym na tym

poziomie:

g

s

s

D

s

0

z

=

=

Na głębokości z > 0 naprężenia wtórne oblicza się ze wzoru:

o

s

0

z

s

z

η

×

=

=

s

s

D

z

m

1

m

2

m

3

m

4

σ

h

γ

zwg

h

z = 0

Podziałka głębokości:

1 m

20 kPa

Podziałka naprężeń:

γ

1

γ

1

γ

4

'

γ

3

'

γ

2

'

D

z

m

1

m

2

m

3

m

4

zwg

h

z = 0

Podziałka głębokości:

1 m

20 kPa

Podziałka naprężeń:

γ

1

γ

1

γ

4

'

γ

3

'

γ

2

'

σ

h

γ

background image

gdzie:

h

o

 – współczynnik zanikania naprężeń dla metody punktów środkowych.

Rys. 2 Wykres naprężeń minimalnych

3. W dalszych etapach realizacji inwestycji siła  Q, pochodząca od ciężaru fundamentu oraz

nadziemnych części obiektu budowlanego (ciężar ścian, stropów itd) systematycznie rośnie.

4.  Po  zakończeniu  inwestycji  i  wyposażeniu  obiektu  jednostkowe  obciążenie  działające  na

podłoże gruntowe wynosi:

B

L

Q

q

×

=

gdzie:

Q – obciążenie od fundamentu i budowli [kN],

L, B – wymiary fundamentu [m].

D

z

m

1

m

2

m

3

m

4

zwg

σ

z

s

Podziałka głębokości:

1 m

20 kPa

Podziałka naprężeń:

z = 0

σ

z

m

background image

Rys 3. Wykres naprężeń wtórnych, dodatkowych i całkowitych

W poziomie posadowienia jednostkowe obciążenie podłoża q jest równe:

d

0

z

s

0

z

q

=

=

+

=

s

s

, czyli:

s

0

z

d

0

z

q

=

=

-

=

s

s

gdzie

s

0

z

=

s

- naprężenie wtórne [kPa],

d

0

z

=

s

 - naprężenie dodatkowe [kPa].

Na głębokości z > 0 naprężenie dodatkowe oblicza się według wzoru:

o

d

0

z

d

z

h

s

s

×

=

=

Po  oddaniu  obiektu  do  eksploatacji  w  ośrodku  gruntowym  panują  naprężenia  całkowite

(rysunek 3), które oblicza się ze wzorów:

d

z

r

h

t

z

s

s

s

+

=

, lub

d

z

s

z

m

h

t

z

s

s

s

s

+

+

=

D

z

m

1

m

2

m

3

m

4

zwg

z = 0

q = Q/LB

Q

Podziałka głębokości:

1 m

20 kPa

Podziałka naprężeń:

σ

z

m

σ

z

s

σ

z

d

B

σ

z

t

background image

W  przypadku,  gdy  w  pobliżu  rozpatrywanego  fundamentu  znajduje  się  obiekt  wywierający

nacisk  na  podłoże  należy  dodatkowo  obliczyć  naprężenia  od  tego  obiektu,  posługując  się

metodą punktów narożnych.

Wykres  naprężeń  pod  fundamentem  należy  sporządzić  do  głębokości  z

max

,  do  której  będą

obliczane osiadania podłoża.

Głębokość podłoża budowlanego z

max

 wyznacza się według warunku:

g

s

s

z

d

max

z

3

.

0

£

Najprościej wartość  z

max

 można wyznaczyć graficznie, stosując konstrukcję wykreślną jak na

rysunku 4.

Rys. 4 Wyznaczenie głębokości podłoża budowlanego (z

max)

Jeśli  jednak  głębokość  z

max

  wyznaczona  graficznie  wypadnie  w  obrębie  warstwy

geotechnicznej  „słabej”,  o  module  ściśliwości  pierwotnej  M

o

  co  najmniej  dwukrotnie

mniejszym  niż  w  bezpośrednio  głębiej  zalegającej  warstwie  geotechnicznej,  to  głębokość

podłoża budowlanego ( z

max

 ) należy powiększyć do spągu tej warstwy.

D

z

m

1

m

2

m

3

m

4

zwg

z = 0

q = Q/LB

Q

Podziałka głębokości:

1 m

20 kPa

Podziałka naprężeń:

wykres naprężeń
pierwotnych

linia pomocnicza
0.3σ

h

γ

z

max

0.3σ

h

γ

σ

h

γ

σ

z

d

B

0.3σ

h

γ

σ

h

γ

background image

Obliczanie osiadania fundamentów.

Obliczanie osiadania zaleca się przeprowadzić metodą naprężeń. Osiadanie S

i

 warstwy należy

wyznaczyć  jako  sumę  osiadania  wtórnego  S

i

  w  zakresie  naprężenia  wtórnego 

s

z

s

,  z

zastosowaniem modułu ściśliwości wtórnej gruntu M (lub modułu wtórnego odkształcenia E,

w  zależności  od  metody  obliczania),  oraz  osiadania  pierwotnego  S

i

  w  zakresie  naprężenia

dodatkowego 

s

z

d

, z zastosowaniem modułu ściśliwości pierwotnej gruntu M

o

 (lub E

o

).

Rys. 5 Schemat obliczenia osiadania pojedyńczej warstwy podłoża

Osiadanie S

i

 warstwy podłoża o miąższości m

i

 oblicza się wg wzorów:

'

i

''

i

i

S

S

S

+

=

i

i

s

zi

''

i

M

m

S

×

=

s

l

oi

i

d

zi

'

i

M

m

S

×

=

s

w których:

"

i

 – osiadanie wtórne warstwy i, [cm],

'

i

 – osiadanie pierwotne warstwy i, [cm],

D

z

m

1

m

2

m

3

m

4

zwg

z = 0

q = Q/LB

Q

Podziałka głębokości:

1 m

20 kPa

Podziałka naprężeń:

m

3

/2

m

3

/2

σ

z3

s

σ

z3

d

B

S

3

background image

d

zi

s

zi

,

s

s

– odpowiednio wtórne i  dodatkowe  naprężenie  w  podłożu  pod  fundamentem,

w połowie grubości warstwy, [kPa],

M

i

,  M

oi

  –  edometryczny  moduł  ściśliwości,  odpowiednio  wtórnej  i  pierwotnej,

ustalony dla gruntu warstwy i, kPa,

m

i

 – grubość warstwy i, cm,

l

 - współczynnik uwzględniający stopień odprężenia podłoża po wykonaniu wykopu,

którego wartość należy przyjmować:

l

 = 0 – gdy czas wznoszenia budowli (od wykonania wykopów fundamentowych do

zakończenia  stanu  surowego,  z  montażem  urządzeń  stanowiących  obciążenie

stałe) nie trwa dłużej niż 1 rok,

l

 = 1.0 – gdy czas wznoszenia budowli jest dłuższy niż 1 rok.

Warstwy o grubości większej niż połowa szerokości B fundamentu należy dzielić dodatkowo

na części o miąższości nie przekraczającej 0.5B.

Całkowite osiadanie podłoża pod fundamentem bezpośrednim, a zatem osiadanie całej

budowli oblicza się sumując osiadania wszystkich warstw cząstkowych według wzoru:

å

=

=

n

1

i

i

S

S

gdzie:

i – numer warstwy cząstkowej;

n – ilość warstw,

S

i

 – osiadanie warstwy i–tej.