background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

1

1

NAPR

NAPR

ĘŻ

ĘŻ

ENIA w O

ENIA w O

Ś

Ś

RODKU GRUNTOWYM 

RODKU GRUNTOWYM 

obci

obci

ąż

ąż

enia statyczne

enia statyczne

Założenia

:

ośrodek gruntowy jest:            
- półprzestrzenią
- sprężysty
- izotropowy
- jednorodny

obliczając wartości:

odkształceń i naprężeń

stosuje się

zasadę superpozycji

Q

1

Q

2

Q

3

σ

1

σ

2

σ

3

σ

M

półprzestrze

ń

gruntowa

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

2

2

ROZK

ROZK

Ł

Ł

AD NAPR

AD NAPR

ĘŻ

ĘŻ

E

E

Ń

Ń

od

od

SI

SI

Ł

Ł

Y SKUPIONEJ

Y SKUPIONEJ

z

r

R

σ

R

τ

f

X

Z

Q

β

σ

R

R

A

A'

β

τ

xz

σ

z

σ

R

a)

b)

M

σ

Rozwiązanie Biezuchowa – 1953

2

cos

R

β

Q

k

σ

R

=

5

3

R

z

Q

k

σ

z

=

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

3

3

R

z

r

dr

β

Q

z

σ

z

=

=

z

z

R

dR

z

k

Q

π

dr

r

σ

π

Q

4

3

0

2

2

dr

r

π

z

σ

dA

z

σ

=

2

π

k

=

2

3

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

4

4

Po podstawieniu wartości współczynnika k, otrzymujemy 

wzór na pionowe naprężenia normalne:

2

5

2

2

1

2

3



+

=

z

r

z

π

Q

σ

z

- wzór Boussinesqe’a

2

5

2

1

2

3



+

=

z

r

π

η

Q

2

z

Q

η

σ

Q

z

=

współczynnik naprężeń

od siły skupionej

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

5

5

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

3,2

3,4

Q

r

z

R

σ

z

r

z

η

Q

Nomogram                 

do wyznaczenia 

współczynnika

η

Q

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

6

6

ROZK

ROZK

Ł

Ł

AD NAPR

AD NAPR

ĘŻ

ĘŻ

E

E

Ń

Ń

od OBCI

od OBCI

ĄŻ

ĄŻ

ENIA 

ENIA 

CI

CI

Ą

Ą

G

G

Ł

Ł

EGO 

EGO 

q

q

L = m·

l

j

B = n·b

i

σ

z

A

11

R

11

r

11

A

nm

Q

11

= q·A

11

q

równomiernie rozłożone

na pewnej powierzchni A

Posługujemy się

wzorami wyprowadzonymi 

dla siły skupionej

stosując zasadę superpozycji

σ

z

= Σ

σ

zij

(Q

ij

, r

11

, ..., r

nm

)

z

M

podejście dokładne – wystarczające do celów 

praktycznych przy

R

ij

l

i

σ

= Q/z

2

· Σ η

Qij

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

7

7

dA dx·dy 

elementy powierzchni 

A

jest równomiernie rozłożone na A

d

q

·

dA –

elementarna siła w A

Naprężenie pionowe w punkcie M , 

zebrane z powierzchni A,

od obciążenia ciągłego q

L B

σ

z

= ∫ 

0  0

dQ

d

σ

z

dx

dy

r

x

y

z

B

L

M

3 · q 

·

dx 

·

dy

·

π

·

z

2

·

[

1+ (x

2

+ y

2

)

/

z

2

]

5/2

___________________________

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

8

8

NAPR

NAPR

ĘŻ

ĘŻ

ENIA pod PROSTOK

ENIA pod PROSTOK

Ą

Ą

TNYM 

TNYM 

OBSZAREM OBCI

OBSZAREM OBCI

ĄŻ

ĄŻ

ENIA CI

ENIA CI

Ą

Ą

G

G

Ł

Ł

EGO

EGO

Zagadnienie 

wyznaczania naprężeń w podłożu gruntowym

:

• pod narożem

prostokątnego obciążonego obszaru

rozwiązał

Steinbrenner

• pod środkiem

obszaru prostokątnego

rozwiązali

Newmark i Polszin

- Wyznaczone rozkłady naprężeń są słuszne przy założeniu 

podatności obciążonej powierzchni, tzn.

ugina się ona jednocześnie z odkształceniami gruntu.

-

Przypadki takie zachodzą przy obciążeniach nasypem lub

cienkimi płytami o małej sztywności.

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

9

9

metoda punkt

metoda punkt

ó

ó

w naro

w naro

ż

ż

nych Steinbrennera

nych Steinbrennera

Metoda punktów narożnych (Steinbrennera) umożliwia 

wyznaczanie

naprężenia pionowego

oraz 

sumy naprężeń

pozwalając na wyznaczanie naprężeń pod następującymi obszarami:

według dowolnej linii pionowej przechodzącej

pod obszarem prostokątnym

• według dowolnej linii pionowej przechodzącej

poza obszarem prostokątnym

• w dowolnym punkcie podłoża od obszaru obciążenia

dającego się podzielić na prostokąty

• w dowolnym punkcie podłoża od obszaru obciążenia

dającego się w przybliżeniu podzielić na prostokąty

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

10

10

I

II

III

IV

z

σ

z

z

σ

z

I

II

III

IV

a)

b)

c)

d)

z

σ

z

I

III

V

VI

II

IV

a) σ

z

σ

zI

σ

zII

σ

zIII

σ

zIV

a) σ

z

σ

zI÷IV

σ

zI,II

σ

zI,IV

+

σ

zI

c) σ

z

σ

zI,II

σ

zI

σ

zI÷VI

σ

zI÷III

σ

zI,II,V,VI

σ

zI,II

d) analogicznie jak w przypadku b)

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

11

11

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

1,8

2,1

2,4

2,7

3

3,3

3,6

3,9

4,2

4,5

2

B

L

=

1.5

B

L

=

1

B

L

=

3

B

L

=

5

B

L

=

=

B

L

z

σ

z

q

B

L

ηηηη

n

B

z

Nomogram do wyznaczania

współczynnika naprężeń

η

n

pod narożem

prostokątnego obszaru

obciążenia ciągłego

równomiernie rozłożonego

+

+

+

+

+

+

+

+

=

2

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

1

2

1

B

z

B

L

B

z

B

z

B

L

B

z

B

L

B

z

B

L

B

z

B

L

arctg

π

η

n

σ

zn

q

·

η

n

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

12

12

metoda punkt

metoda punkt

ó

ó

ś

ś

rodkowych (Newmark, Polszin)

rodkowych (Newmark, Polszin)

Nomogram do wyznaczania

współczynnika naprężeń

η

m

pod środkiem

prostokątnego obszaru obciążenia 

ciągłego równomiernie rozłożonego

pod fundamentem podatnym

pod fundamentem podatnym

σ

zm

q

·

η

m

+

+

+

+

+

+

+

+

=

2

2

2

2

2

2

2

4

1

4

1

1

4

1

2

4

1

2

2

B

z

B

L

B

z

B

z

B

L

B

z

B

L

B

z

B

L

B

z

B

L

arctg

π

η

m

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

3,2

3,4

3,6

3,8

4

4,2

4,4

4,6

3

B

L

=

5

B

L

=

=

B

L

ηηηη

msz

2

B

L

=

1,5

B

L

=

1

B

L

=

σ

z

q

B

L

z

B

z

ηηηη

m

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

13

13

Nomogram do wyznaczania

współczynnika naprężeń

η

msz

pod środkiem

prostokątnego obszaru obciążenia 

ciągłego równomiernie rozłożonego

pod fundamentem sztywnym

pod fundamentem sztywnym

σ

zmsz

q

·

η

msz



+

+

=

2

3

2

2

4

1

8

1

2

B

z

B

z

π

η

msz

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

3,2

3,4

3,6

3,8

4

4,2

4,4

4,6

3

B

L

=

5

B

L

=

=

B

L

ηηηη

msz

2

B

L

=

1,5

B

L

=

1

B

L

=

σ

z

q

B

L

z

B

z

ηηηη

m

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

14

14

Nomogram do wyznaczania

współczynnika naprężeń

η

s

pod środkiem

prostokątnego obszaru obciążenia 

ciągłego równomiernie rozłożonego

σ

zs

q

·

η

s



+

+

+

+

+

+

+

+

=

B

z

B

z

B

L

B

z

B

L

B

z

B

L

B

z

B

z

B

L

B

z

B

L

arctg

π

η

s

2

2

2

2

2

2

2

1

1

1

2

B

z

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

3,2

3,4

3,6

3,8

4

4,2

4,4

4,6

1

B

L

=

1,5

B

L

=

2

B

L

=

5

B

L

=

3

B

L

=

=

B

L

ηηηη

s

σ

z

q

B

L

z

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

15

15

NAPR

NAPR

ĘŻ

ĘŻ

ENIA pod KO

ENIA pod KO

Ł

Ł

OWYM OBSZAREM 

OWYM OBSZAREM 

OBCI

OBCI

ĄŻ

ĄŻ

ENIA CI

ENIA CI

Ą

Ą

G

G

Ł

Ł

EGO

EGO

(r

(r

ó

ó

wnomiernie roz

wnomiernie roz

ł

ł

o

o

ż

ż

onego)

onego)

r

ρ

d

ρ

d

φ

dQ

q

z

R

d

σ

z

M

ρ

dA

=

ρ

q

dA

q

dQ

=

=

5

3

5

3

2

3

2

3

R

π

ρ

q

z

R

π

z

dQ

z

=

=

∫ ∫

=

=

r

π

r

π

z

R

ρ

φ

π

z

q

R

π

ρ

q

z

σ

0

5

2

0

3

0

2

0

5

3

2

3

2

3

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

16

16

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0

0,25

0,55

0,85

1,15

1,45

1,75

2,05

2,35

2,65

2,95

3,25

3,55

3,85

4,15

4,45

4,75

ηηηη

0

ηηηη

sz

z

R

σ

z

q

R

z

Nomogram do wyznaczania

współczynników naprężenia

η

sz

pod fundamentem sztywnym

η

o

pod fundamentem podatnym

pod środkiem

kołowego obszaru obciążenia 

ciągłego o promieniu R

równomiernie rozłożonego

q

η

σ

sz

z

=

,

o

ogólnie -

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

17

17

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0

0,25

0,55

0,85

1,15

1,45

1,75

2,05

2,35

2,65

2,95

3,25

3,55

3,85

4,15

4,45

4,75

ηηηη

0

ηηηη

sz

z

R

σ

z

q

R

z

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

18

18

STANY OBCI

STANY OBCI

ĄŻ

ĄŻ

ENIA POD

ENIA POD

Ł

Ł

O

O

Ż

Ż

GRUNTOWEGO

GRUNTOWEGO

stany obciążenia podłoża gruntowego występujące w trakcie 

wykonywania budowli:

• I stan obciążenia –

stan pierwotny

przed rozpoczęciem 

robót ziemnych

• II stan obciążenia –

stan obciążenia podłoża gruntowego

po zakończeniu wykonywania wykopu

• III stan obciążenia –

po wykonaniu fundamentów

obiektu 

budowlanego i

zasypaniu wykopu

• IV stan obciążenia –

po wykonaniu obiektu budowlanego

oddaniu go do eksploatacji

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

19

19

ROZK

ROZK

Ł

Ł

ADY NAPR

ADY NAPR

ĘŻ

ĘŻ

E

E

Ń

Ń

w POD

w POD

Ł

Ł

O

O

Ż

Ż

GRUNTOWYM

GRUNTOWYM

Dla istniejących w podłożu warunków wodno-gruntowych

na granicach warstw obliczeniowych

pod projektowanym fundamentem

dla danego stanu obciążenia

wyznacza się następujące rozkłady naprężeń

:

• naprężeń pierwotnych
• naprężeń minimalnych

po wykonaniu wykopu

• naprężeń wtórnych
• naprężeń dodatkowych 
• całkowitych

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

20

20

a) napr

a) napr

ęż

ęż

enia pierwotne   b) napr

enia pierwotne   b) napr

ęż

ęż

enia minimalne

enia minimalne

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

21

21

napr

napr

ęż

ęż

enia ca

enia ca

ł

ł

kowite

kowite

c)  gdy dla wszystkich 

ę

boko

ś

ci:

2 przypadki

d)
do gł

ę

boko

ś

ci dla której,

σ

zs

σ

zd

wyznaczamy z 

zale

ż

no

ś

ci

jak w c)

σ

zq

>

σ

z

ρ

-

wtedy:

σ

zs

=

σ

z

ρ

-

σ

zd

=

σ

z

q

σ

z

ρ

-

σ

zq

>

σ

z

ρ

-

za

ś

dla gł

ę

boko

ś

ci, na której

σ

zq

σ

z

ρ

,

σ

zs

σ

zq

σ

z

d

0

-

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

22

22

Naprężenia pierwotne

oblicza się na podstawie ciężaru

poszczególnych warstw obliczeniowych:

σ

ρzi

= h

i

·

ρ

i

·

g

gdzie:

h

i

– grubość warstwy obliczeniowej

ρ

i

– gęstość objętościowa danej warstwy gruntu

zależnie od rodzaju występującej w nich wody odpowiednio:

ρ

sat 

ρ‘, ρ’’ dla warstw

– przyspieszenie ziemskie

następnie

liczymy naprężenia pod poszczególnymi warstwami

sumując naprężenia z warstw położonych powyżej:

σ

ρz

= ∑ σ

i

n

i=1

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

23

23

Odciążenie wykopem – naprężenia minimalne

gdzie:

η

0

– współczynnik rozkładu naprężenia pod

środkiem obszaru prostokątnego obciążonego 

równomiernie, zależny od stosunku wymiarów 

wykopu 

L

/ B

w

oraz głębokości 

z

∆σ

z

ρ

σ

z

ρ

D

· η

0

σ

zmin

σ

∆σ

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

24

24

Naprężenia wtórne

σ

= σ

zmin

+ σ

zs

Przyrost naprężeń od minimalnych 

do pierwotnych po posadowieniu 

fundamentu i zasypaniu wykopu

Naprężenia całkowite

σ

zq

c

= σ

zq

zq

s

naprężenia od wznoszonego 

obiektu budowlanego

+

naprężenia od obciążeń

sąsiednich 

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

25

25

Naprężenia

pochodzące od wznoszonego obiektu budowlanego

obliczamy zależnie od rodzaju kształtu fundamentu oraz

wielkości obciążenia, które ma przenieść ten fundament.

Naprężenia

pochodzące od obciążeń sąsiednich

obliczamy metodą punktów narożnych lub nomogramem 

Newmarka.

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

26

26

Jeżeli

odległość obiektu sąsiedniego 

>>

>>

>>

>>

od jego wymiarów w planie

,

wartość naprężenia oblicza się

traktując obiekt sąsiedni jako 

siłę skupioną

.

σ

ziP

= (1/z

i

2

) · P · K

r

gdzie:

– wartość siły skupionej

η

Q

K

r

/z

2

– współczynnik naprężenia zależny od odległości 

przyłożenia siły r

=

(x

2

+ y

2

)

1/2 

oraz głębokości 

obliczeniowej obliczonej zgodnie z [

PN – 81/B – 3020

]

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

27

27

Naprężenia dodatkowe

σ

zd

η

(q – σ

zρD 

η

q

naprężenia całkowite 

(pochodzące od przyłożonego obciążenia)

pomniejszone o

odciążenie po wykopie

Naprężenia całkowite

σ

zt

σ

zmin

+ η

0

·q

lub

σ

zmin

+ η

s

·q

naprężenia minimalne

+

naprężenia dodatkowe

-

= Q / (L· B)

Q – obciążenie od fundamentu

i obiektu budowlanego

-

background image

MG SS 

MG SS 

w 7

w 7

28

28

ROZK

ROZK

Ł

Ł

ADY NAPR

ADY NAPR

ĘŻ

ĘŻ

E

E

Ń

Ń

w POD

w POD

Ł

Ł

O

O

Ż

Ż

U GRUNTOWYM

U GRUNTOWYM

Ć

wiczenie rachunkowe

:

:

-

-

napr

napr

ęż

ęż

enia pierwotne,

enia pierwotne,

-

-

napr

napr

ęż

ęż

enia po wykonaniu                                               

enia po wykonaniu                                               

wykopu,

wykopu,

-

-

napr

napr

ęż

ęż

enia po wykonaniu  

enia po wykonaniu  

fundamentu,

fundamentu,

-

-

napr

napr

ęż

ęż

enia od obiektu 

enia od obiektu 

s

s

ą

ą

siedniego.

siedniego.