7. Metody wyznaczania parcia i odporu gruntu na
ś
ciany
oporowe.
Głównym obci
ąż
eniem
ś
cian oporowych jest parcie gruntu i wody. Odpór gruntu pod
dnem wykopu jest reakcj
ą
utrzymuj
ą
c
ą
. Je
ż
eli w pobli
ż
u
ś
ciany wyst
ę
puj
ą
dodatkowe
obci
ąż
enia (np. parkuj
ą
ce lub poruszaj
ą
ce si
ę
pojazdy, składowiska materiałów i
inne), to obci
ąż
enie naziomu trzeba uwzgl
ę
dni
ć
przy wyznaczaniu par
ć
.
Parcie czynne (graniczne) jednostkowe:
= + ∗ ∗ − 2√
[
]
= tan
45° −
Odpór gruntu (graniczny) jednostkowy (inaczej parcie bierne):
= + ∗ − 2
tan
45° + /2
q
z
– obci
ąż
enie naziomu
γ
– ci
ęż
ar warstwy gruntu
z – grubo
ść
warstwy gruntu
c – spójno
ść
φ
– k
ą
t tarcia wewn
ę
trznego
uproszczone schematy par
ć
:
w gruncie spoistym w gruncie niespoistym
Niespoisty uwarstwiony sumaryczny:
Parcie wody uwzgl
ę
dnia si
ę
w przypadku ró
ż
nicy jej poziomów po 1 i 2 stronie
ś
cianki, przy czym rozkład parcia zale
ż
y od tego czy jest przepływ wody pod
ś
ciank
ą
(warstwa przepuszczalna pod
ś
ciank
ą
– ci
ś
nienie spływowe).
Max warto
ść
parcia wody
" = " ∗ ∆ℎ"
∆ℎ" − %óż() " +)+,ℎ "-
1 przypadek – grunt uwarstwiony, 2 przypadek – grunt
naziom obci
ąż
ony uwarstwiony uwodniony
γ
'- ci
ęż
ar gruntu poni
ż
ej zwg
..
=
.
+
∆/
0 ∗ "
Po wyznaczeniu rozkładu parcia i odporu sporz
ą
dza si
ę
wykres wypadkowy, w
którym otrzymujemy gł
ę
boko
ść
równowa
ż
enia si
ę
parcia i odporu e
a
(a)=e
p
(a).
Wypadkowa parcia czynnego:
1 = ∗
/
2 ∗ − 2 ∗ /√ +
2
Wypadkowa parcia biernego:
1 = ∗
/
2 ∗ + 2 ∗ /
8. Stateczno
ść
skarp i zboczy.
Czynniki destabilizuj
ą
ce oraz potencjalne obci
odłamu (osuwu) skarpy.
•
obci
ąż
enie zewn
ę
trzne naziomu
•
Ci
ęż
ar własny klina odłamu
•
Siła ci
ś
nienia spływowego
•
Obci
ąż
enia sejsmiczne (np. szkody górnicze)
Na stateczno
ść
składa si
ę
wysoko
stateczno
ś
ci – siły
ś
cinaj
ą
ce przekraczaj
Okre
ś
lenie stateczno
ś
ci skarp/zboczy polega na okresleniu napr
nast
ę
puje osuni
ę
cie i porównanie ich z wyst
typowym mechanizmem utraty stateczno
Typy osuwisk: obryw (oberwanie zwi
materiału sypkiego), osuwisko (przemieszczenie wraz z obrotem cz
gruntowego wzdłu
ż
cylindrycznej powierzchni po
przemieszcza si
ę
po istniej
ą
geotechnicznych), pełzanie (w bardzo długim czaise), spływ (przemieszczanie si
gruntu nasyconego wod
ą
).
Sprawdzenie stateczno
ś
ci zbocza odbywa si
współczynnika F
min
1. Grunt sypki
Analizuj
ą
c warunki równowagi zbocza (skarpy) w gruncie sypkim (piaski,
ż
wiry) mo
ż
na doj
ść
do wniosku,
równy k
ą
towi tarcia wewn
skarp i zboczy.
ce oraz potencjalne obci
ąż
enia, które mog
ą
działa
ę
trzne naziomu
ar własny klina odłamu
nienia spływowego
sejsmiczne (np. szkody górnicze)
ę
wysoko
ść
nachylenie, kształt powierzchni zbocza. Utrata
ą
ce przekraczaj
ą
wytrzymało
ść
gruntu na
ś
cinanie.
ci skarp/zboczy polega na okresleniu napr
ęż
e
cie i porównanie ich z wyst
ę
puj
ą
cymi napr
ęż
eniami. Najbardziej
typowym mechanizmem utraty stateczno
ś
ci jest osuwisko.
Typy osuwisk: obryw (oberwanie zwi
ę
złych fragmentów skarpy), osyp (z osypanego
materiału sypkiego), osuwisko (przemieszczenie wraz z obrotem cz
ęś
cylindrycznej powierzchni po
ś
lizgu), zsuw (grunt osuwiska
ej
ą
cej w skarpie powierzchni osłabienia, np. kontakt warstw
geotechnicznych), pełzanie (w bardzo długim czaise), spływ (przemieszczanie si
ś
ci zbocza odbywa si
ę
poprzez obliczenie minimalnego
c warunki równowagi zbocza (skarpy) w gruncie sypkim (piaski,
ść
do wniosku,
ż
e k
ą
t maksymalnego nachylenia skarpy jest
towi tarcia wewn
ę
trznego.
W – ciężar elementarnej bryły
gruntu,
T – siła tarcia,
B – siła zsuwająca,
ą
działa
ć
na klin
nachylenie, kształt powierzchni zbocza. Utrata
gruntu na
ś
cinanie.
ęż
e
ń
, przy których
eniami. Najbardziej
złych fragmentów skarpy), osyp (z osypanego
materiału sypkiego), osuwisko (przemieszczenie wraz z obrotem cz
ęś
ci masywu
lizgu), zsuw (grunt osuwiska
cej w skarpie powierzchni osłabienia, np. kontakt warstw
geotechnicznych), pełzanie (w bardzo długim czaise), spływ (przemieszczanie si
ę
poprzez obliczenie minimalnego
c warunki równowagi zbocza (skarpy) w gruncie sypkim (piaski,
t maksymalnego nachylenia skarpy jest
ciężar elementarnej bryły
siła zsuwająca,
W przypadku gruntów niespoistych (spójno
po
ś
lizgu jest równoległa do skłonu zbocza.
Opór gruntu (sypkiego) przy
ś
Równowaga: B
≤
T; zatem: Wsin
Wska
ź
nik pewno
ś
ci F = T/B = Wcos
Minimalna warto
ść
F dla skał sypkich (1,1÷1,3).
2. Grunt spoisty
Spójno
ść
2
0 płaszczyzna po
Ustala si
ę
siły zsuwaj
ą
ce wydzielon
powierzchni po
ś
lizgu o najmniejszym współczynniku pewno
1,1 5 1,2
2 metody obliczania stateczno
Metoda Felleniusa
G – siła ci
ęż
ko
ś
ci (składowe
l – długo
ść
linii po
ś
lizgu
6 7 ∗ +89
:
;<
;+ =6) ∗ >(
?
@AB
F
min
>F
dop
=1,1
5
1,5
Metoda Bishopa
:
CD
CE
F 6 ∗ >( ∗
G
H
siły poziome od oddziaływania pasków s
Wzmacnianie skarp i zboczy:
- geosyntetyki (oddzielaj
ą
geosyntetyki zbroj
ą
ce)
- filtrowanie i odwadnianie
- rekultywacja - ro
ś
linno
ść
W przypadku gruntów niespoistych (spójno
ść
=0) przyjmuje si
ę
ż
e płaszczyzna
lizgu jest równoległa do skłonu zbocza.
Opór gruntu (sypkiego) przy
ś
cinaniu wynosi: T = N tg
Ф
T; zatem: Wsin
β
≤
Wcos
β
tg
Ф
; st
ą
d: tg
β
≤
tg
Ф
lub
ci F = T/B = Wcos
β
tg
Ф
/ Wsin
β
= tg
Ф
/ tg
β
F dla skał sypkich (1,1÷1,3).
0 płaszczyzna po
ś
lizgu w postaci krzywej powierzchni wa
ą
ce wydzielon
ą
brył
ę
i siły przeciwdziałaj
ą
ce. Poszukuje si
lizgu o najmniejszym współczynniku pewno
ś
ci F
min
2 metody obliczania stateczno
ś
ci:
ci (składowe G
n
, G
s
)
>( ∗ I)/ = 7) ∗ 8)(9)
siły poziome od oddziaływania pasków s
ą
siednich
Wzmacnianie skarp i zboczy:
geosyntetyki (oddzielaj
ą
, izoluj
ą
– uniemo
ż
liwiaj
ą
przepływ wody, wzmacniaj
filtrowanie i odwadnianie
linno
ść
e płaszczyzna
lub
β
≤
Ф
;
lizgu w postaci krzywej powierzchni walcowej.
ą
ce. Poszukuje si
ę
min
J :
dop
przepływ wody, wzmacniaj
ą
–
9. Zasady konstruowania i oblicze
ń
stateczno
ś
ci
fundamentów.
W fundamentach bezpo
ś
rednich obci
ąż
enie przekazywane jest poprzez podstaw
ę
fundamentu na podło
ż
e. Zazwyczaj s
ą
to fundamenty płytko poło
ż
one (nie gł
ę
biej ni
ż
szeroko
ść
fundamentu lub 4 m). Do fund. bezpo
ś
rednich zaliczamy: stopy (do wys.
50 cm przekrój prostok
ą
tny, wy
ż
sze – przekrój trapezowy), ławy, ruszty (stos., gdy
podło
ż
e jest słabe, mo
ż
e nast
ą
pi
ć
ró
ż
nica osiada
ń
, rozstaw słupów jest mały), płyty
(pod słupy lub
ś
ciany w małych rozstawach, grunt niejednorodny, poni
ż
ej zwg),
skrzynie, fundamenty blokowe (pod maszyny i urz
ą
dzenia w zakładach
przemysłowych).
Gł
ę
boko
ść
posadowienia uzale
ż
niona jest od kilku czynników:
•
Minimum 0,5 m w stosunku do najni
ż
ej przyległego terenu
•
gł
ę
boko
ś
ci przemarzania gruntu (0,8 – 1,4m)
•
gł
ę
boko
ś
ci rozmycia gruntu
•
poziomu zwg
•
wymaga
ń
eksploatacyjnych i konstrukcyjnych
•
poziomu posadowienia s
ą
siednich fundamentów
•
na spadku terenu fundament wykonuje si
ę
stopniami co 30cm
Pod niskie budynki obci
ąż
one siłami statycznymi osiowymi projektuje si
ę
fundamenty
betonowe, natomiast przy wi
ę
kszych obci
ąż
eniach osiowych oraz wyst
ę
puj
ą
cych
siłach dynamicznych i mimo
ś
rodowych a tak
ż
e z innych powodów, dla których
fundament musi by
ć
szeroki projektuje si
ę
z
ż
elbetu. Minimalna wysoko
ść
ław/stóp to
25-30cm, szeroko
ść
odsadzek minimum 5 cm.
Projektuj
ą
c fundament
ż
elbetowy nale
ż
y sprawdzi
ć
je na przebicie i momenty
zginaj
ą
ce:
68K = L
MN
O
∗ P < 6%K = R
∗ S
TUO
∗ K
d – wysoko
ść
u
ż
yteczna
R
=
R
B
+ R
2
f
ctd
– wytrzymało
ść
obliczeniowa betonu na rozci
ą
ganie
N
sd
– max obci
ąż
enie obliczeniowe
Obliczenie na momenty zginaj
ą
ce, gdy M=0
;
N
=
VW
X
∗ Y − R
B
;
Z
=
VW
X
∗ Y − R
[
Przekrój zbrojenia:
:
M
N GD\ Z
=
C
] ^_` a
b
c
∗d
R
a
– wytrzymało
ść
obliczeniowa stali na rozci
ą
ganie
z – wysoko
ść
u
ż
yteczna
Obliczenia stateczno
ś
ci fundamentów:
I STAN GRANICZNY – STATECZNO
ŚĆ
PODŁO
Ż
A
•
wypieranie podło
ż
a przez fundament
•
osuwisko lub zsuw
•
przesuni
ę
cie w poziomie posadowienia
Wypieranie podło
ż
a:
V
d
<R
d
V
d
– obci
ąż
enie obliczeniowe na fundament ( obc. stałe i zmienne ze
współczynnikami
γ
G
i
γ
Q
)
R
d
– obliczeniowy opór graniczny podło
ż
a gruntowego (warto
ść
charakterystyczna
pomniejszona o współczynnik
γ
R
)
Gdy w podło
ż
u jednorodnym (tj. do gł
ę
b. 2xszeroko
ść
) wyst
ę
puje obci
ąż
enie
mimo
ś
rodowe i działaj
ą
ce pod k
ą
tem:
6
O
≤ f
O,\
lub
6
O
≤ f
O,G
Do oblicze
ń
odporu podło
ż
a nale
ż
y przyj
ąć
pole powierzchni A’B’.
Mo
ż
na zastosowa
ć
obliczenia uproszczone, gdy siła pozioma jest
≤
10% siły
pionowej, nie ma obaw,
ż
e nast
ą
pi obrót
lub przesuw, oraz mimo
ś
ród e
b
≤
0,035B.
h – zagł
ę
bienie stropu słabszej warstwy
grunt spoisty: h
≤
B b=h/4
h>B b=h/3
grunt niespoisty: h
≤
B b=h/3
h>B b=2h/3
N
D
’=N
D
+B’*L’*h*
γ
2
’
Je
ż
eli w podło
ż
u uwarstwionym do
gł
ę
boko
ś
ci
≤
2B wyst
ę
puje słabszy
grunt, to nale
ż
y sprawdzi
ć
no
ś
no
ść
w
poziomie posadowienia zast
ę
pczego dla
warto
ś
ci
γ
2
,
φ
2
oraz c
2
tej warstwy
.
Sprawdzenie stateczno
ś
ci na obrót i przesuw:
- je
ż
eli budynek posadowiony jest na zboczu lub przy wykopie
- zsuw mo
ż
e nast
ą
pi
ć
ze wzgl
ę
du na budow
ę
geologiczn
ą
podło
ż
a
- działaj
ą
siły poziome
≥
10% siły pionowej
- obok budowli przewidywane s
ą
nowe obci
ąż
enia
- powy
ż
ej poziomu posadowienia wyst
ę
puj
ą
grunty słabe
1) Sprawdzenie stateczno
ś
ci na obrót
a) Skały, grunty spoiste, zwarte i półzwarte
M
o
=H
d
*a
1
+M
d
M
u
=V
d
*a
2
M
o
≤
M
ud
b) Grunty niespoiste lub spoiste mi
ę
kkoplastyczne i plastyczne
G – ci
ęż
ar gruntu
M
u
=T*R
A=l*1
l – długo
ść
łuku
M
o
=W*e=W*R*sin
α
M
o
<M
u
M
2) Sprawdzenie stateczno
ś
ci na przesuw:
T
1
=V
d
*
m
T
2
=V
d
*tan
φ
2
+c
2
*A
T
3
=(V
d
+G)*tan
φ
2
+c
2
*A
G – ci
ęż
ar gruntu do gł
ę
boko
ś
ci z