background image

6. Naprężenia w podłożu gruntowym – zadania przykładowe 

Zadanie 6.1 

Dla warunków gruntowo-wodnych wykopu fundamentowego w ściankach szczelnych jak 
w zadaniu 3.3, wyznaczyć wartości i rozkłady naprężeń geostatycznych całkowitych i efektywnych 
w podłożu gruntowym tuż przy ściankach szczelnych, po obu stronach ścianek – zewnętrznej 
i wewnętrznej. Wykorzystać wyniki obliczeń z zadania 3.3.  
 

 
Z obliczeń w zadaniu 3.3 otrzymano rozkłady ciśnień u wody w podłożu gruntowym przedstawione 
na rysunku poniżej. 

 

Wartości naprężeń geostatycznych w poszczególnych poziomach: 
 a) strona lewa : 

   

0

.

37

5

.

18

0

.

2

=

=

=

zA

zA

γ

γ

σ

σ

 kPa 

   

0

.

76

5

.

19

0

.

2

0

.

37

=

+

=

zB

γ

σ

 kPa,           

5

.

17

=

B

u

 kPa,        

5

.

58

5

.

17

0

.

76

=

=

zB

γ

σ

kPa 

   

0

.

156

0

.

20

0

.

4

0

.

76

=

+

=

zC

γ

σ

 kPa,         

8

.

37

=

C

u

 kPa,       

2

.

118

8

.

37

0

.

156

=

=

zB

γ

σ

kPa 

   

0

.

197

5

.

20

0

.

2

0

.

156

=

+

=

L

zD

γ

σ

 kPa,        

9

.

53

=

D

u

 kPa,      

1

.

143

9

.

53

0

.

197

=

=

L

zD

γ

σ

kPa 

 b) strona prawa : 

      

0

.

0

=

=

zF

zF

γ

γ

σ

σ

 kPa 

   

0

.

40

0

.

20

0

.

2

=

=

zE

γ

σ

 kPa,           

0

.

30

=

E

u

 kPa,        

0

.

10

0

.

30

0

.

40

=

=

zB

γ

σ

kPa 

   

0

.

81

5

.

20

0

.

2

0

.

40

=

+

=

P

zD

γ

σ

 kPa,        

9

.

53

=

D

u

 kPa,      

1

.

27

9

.

53

0

.

81

=

=

P

zD

γ

σ

kPa 

± 0.0 

- 2.0 

- 4.0 

- 8.0 

- 10.0 

- 6.0 

zwg 

zwg 

zwg 

Ps, 

γ = 18.5 kN/m

3

 

      

γ’ = 9.5 kN/m

3

 

      k

1

 = 8

⋅10

-4

 m/s 

Pd, 

γ’ = 10 kN/m

3

 

     k

2

 = 2

⋅10

-4

 m/s 

Ps, 

γ’ = 10.5 kN/m

3

 

      k

3

 = 5

⋅10

-4

 m/s 

Ps, k

3

  

Pd, k

2

 

h

1

=2 m 

h

2

=4 m 

h

3

=2 m 

h

4

=2 m 

h

4

=2 m 

i

1

 

i

2

 

i

3

 

i

4

 

i

5

 

B = 6 m 

ścianki szczelne 

A

B

C

D

E

F

± 0.0 

- 2.0 

- 4.0 

- 8.0 

- 10.0 

- 6.0 

zwg zwg 

zwg 

Ps 

Pd 

Ps 

Ps 

Pd,

B = 6 m 

ścianki szczelne 

A

B

C

D

E

F

53.9 

(80) 

37.8 

17.5

30.0

53.9

(40)

rozkłady ciśnień wody

u [kPa] 

rozkład hydrostatyczny 

background image

  Wartości naprężeń efektywnych można obliczyć również, wykorzystując ciśnienie spływowe: 

   

(

)

±

=

i

i

i

zi

j

h

)

(,

γ

σ

γ

,   (znak (+) dajemy gdy woda płynie w dół, znak (-) – gdy do góry)  

  Wartości ciśnień spływowych (według obliczeń w zad. 3.3): 

   

23

.

1

10

123

.

0

1

1

=

=

=

w

i

j

γ

 kN/m

3

,  

93

.

4

10

493

.

0

2

2

=

=

=

w

i

j

γ

 kN/m

3

   

97

.

1

10

197

.

0

3

4

3

=

=

=

=

w

i

j

j

γ

 kN/m

3

,  

93

.

4

2

5

=

j

j

 kN/m

3

  

  Wartości naprężeń efektywnych: 

   

0

.

37

5

.

18

0

.

2

=

=

zA

γ

σ

 kPa 

   

5

.

58

)

23

.

1

5

.

9

(

0

.

2

0

.

37

=

+

+

=

zB

γ

σ

 kPa 

   

2

.

118

)

93

.

4

0

.

10

(

0

.

4

5

.

58

=

+

+

=

zC

γ

σ

 kPa 

   

1

.

143

)

97

.

1

5

.

10

(

0

.

2

2

.

118

=

+

+

=

L

zD

γ

σ

 kPa 

   

1

.

10

)

93

.

4

0

.

10

(

0

.

2

=

=

zE

γ

σ

 kPa 

   

2

.

27

)

97

.

1

5

.

10

(

0

.

2

1

.

10

=

+

=

P

zD

γ

σ

 kPa 

 (Niewielkie różnice w stosunku do wartości z pkt. b) wynikają jedynie z zaokrągleń). 
 
 Wyniki obliczeń przedstawiono graficznie na rysunku poniżej.  

 
 

± 0.0 

- 2.0 

- 4.0 

- 6.0 

zwg 

zwg 

zwg 

Ps 

Pd 

Ps

Ps 

Pd,

B = 6 m 

ścianki szczelne 

A

B

C

D

E

F

76.0 

40.0

81.0

σ’

γz

 

37.0 

156.0 

197.0

58.5

118.2 

143.1 

u

- 8.0 

- 10.0 

10

27.1

u

σ’

γz

background image

Zadanie 6.2. 

Obliczyć wartości i narysować wykres rozkładu naprężeń pionowych 

σ

Qz

 w ośrodku gruntowym od 

obciążenia skupionego Q = 200 kN ze stopy fundamentowej o wymiarach 0.8 

× 0.8 m. Wyznaczyć 

rozkład w osi działania siły Q i w odległości 1.0 m od tej osi. 

W rozwiązaniu zadania wykorzystany zostanie wzór 
Boussinesqa o następującej postaci: 

 

η

σ

=

2

z

Q

Qz

    [kPa] 

(1) 

w którym 

η

 jest współczynnikiem zaniku napręże-nia, 

obliczanym według wzoru: 

2

/

5

2

1

2

3

+

=

z

r

π

η

 

Można także policzyć naprężenie poziome radialne 

σ

Qr

 

ze wzoru:  

+

=

)

(

)

2

1

(

1

3

2

5

2

z

R

R

R

z

r

Q

Qr

ν

π

σ

   [kPa] 

w którym 

ν

 jest współczynnikiem Poissona dla gruntu. 

W rozwiązaniu Boussinesqua zakłada się, że siła Q działa w punkcie, więc wartość naprężenia 

σ

Qz

 tuż pod 

siłą równa jest nieskończoność. W rzeczywistości siła  Q działa za pośrednictwem jakiegoś fundamentu 
o określonej powierzchni F=B

×L, a więc tuż pod tym fundamentem naprężenia wyniosą 

σ

qz

(z=0) = Q/F

Wartości naprężeń 

σ

Qz

 według wzoru (1) można liczyć dopiero od pewnej głębokości, na której 

σ

Qz

 < Q/F

Tabela obliczeń 

Głębokość 

z [m] 

2

z

Q

  [kPa] 

η

(r =  0) 

η

(r =  1.0 m)

σ

Qz1 

[kPa] 

σ

Qz2 

[kPa] 

0 - - 0 

312.5 

0.5  800.0 0.48 0.009 ~200.0 7.2 
1.0  200.0 0.48 0.084 96.0 16.9 
1.5  89.0 0.48 0.19 42.7 16.3 
2.0  50.0 0.48 0.27 24.0 13.7 
2.5  32.0 0.48 0.33 15.4 10.5 
3.0  22.0 0.48 0.37 10.7 8.1 
4.0  12.5 0.48 0.41  6.0 5.1 

 

σ

Qz

 

σ

Qr

 

Q=200 kN 

stopa 

0.8

×0.8 m 

stopa 

0.8

×0.8 m

1.0

2.0

3.0

4.0

z [m]

σ

Qz1

 

σ

Qz2

 

r = 1.0 m

 

  

5

.

312

8

.

0

8

.

0

200

)

0

(

=

=

=

r

Qz

σ

 kPa 

  

200

2

0

96

5

312

5

0

+

=

=

.

.

)

m

.

r

(

Qz

σ

  kPa 

background image

Zadania do rozwiązania 

 
Zad. 6.3.

  Na  jakiej  głębokości „z” naprężenia 

dodatkowe od nacisków q=100 kPa przekazy-
wanych przez fundament o szerokości B=2,0 m 
zrównają się z naprężeniami geostatycznymi 
w podłożu gruntowym. Rozkład 

η przyjąć 

liniowy do głębokości  z =3B. 

Odp.: z = 2.73 m 

 
 
Zad. 6.4.

 W podłożu gruntowym obniżono 

zwierciadło wody gruntowej o 5,0 m, w wyniku 
czego wystąpiła kapilarność bierna h

kb

 = 2,0 m. 

Policzyć wartość efektywnych naprężeń 
geostatycznych w gruncie w punkcie A przed 
i po obniżeniu zwierciadła wody gruntowej. 

Odp.: przed obniżeniem – 

σ

z

γ

A

 = 166 kPa 

          po obniżeniu – 

σ

z

γ

A

 =207 kPa 

 
 
 
Zad. 6.5.

 Pod punktami A, B i C, na 

głębokościach z = 1.0m, 3.0m i 5.0m wyzna-
czyć wartości pionowych naprężeń dodat-
kowych od oddziaływania fundamentów I i II. 
Naprężenia od fundamentu I policzyć jak od siły 
skupionej Q według wzoru Bussinesqu’a. 
Naprężenia od fundamentu II policzyć jak pod 
wiotkim obszarem prostokątnym obciążonym 
obciążeniem q (wykorzystać nomogramy na 

η).  

 
 

Odp.:    

 punkt A  

 

     punkt B 

 

    punkt C 

 

  z 

σ

zI 

σ

zII

 

 

σ

zI 

σ

zII  

σ

zI 

σ

zII

 

 

1.0  21.3 92.0  

2.0  180.0  

0.0 92.0 

 

3.0  52.5 60.0  

15.5 84.0  

4.8  60.0 

 

5.0  32.9 32.0  

17.6 40.0  

8.4  32.0 

 
 

Zad. 6.6.

 W punkcie A, na głębokościach 

z = 2.0m i 4.0m wyznaczyć wartości naprężeń 
pionowych od oddziaływania fundamentów I i 
II. Obliczenia wykonać metodą punktu 
narożnego (wykorzystać nomogram na 

η

n

).  

 

Odp.: z = 2.0m 

σ

zA

 = 

σ

zI

 + 

σ

zII

 = 34.0 + 12.0 = 46.0 kPa 

          z = 4.0m 

σ

zA

 = 

σ

zI

 + 

σ

zII

 = 16.0 + 9.2   = 25.2 kPa 

 

 

q = 100 kPa 

B = 2,0 m 

z

P

d

γ = 20 kN/m

3

 

z/B 

1

0.5

η 

± 0.0 

- 3.0 

- 4.0 

- 7.0 

- 9.0 

P

g

γ = 20 kN/m

3

P

d

γ = 18 kN/m

3

γ‘ = 11 kN/m

3

γ

sr

= 21 kN/m

3

 

zwg (pierw.) 

zwg (kap.) 

zwg (obniż.) 

- 12.0 

q = 200 kPa

B = 3,0 m 

Q = 2500 kN 

II 

2,0 m  

L = 4.5 m 

I

II 

A B 

q=200kPa

Q = 2500 kN 

3.0 m 

I

II 

A

q=200kPa

q=100kPa 

2.0 m 

2.0 m 

1.0 m 

2.0 m 

background image

7. Osiadania podłoża gruntowego – zadania przykładowe

 

Zadanie 7.1 

Wyznaczyć rozkład naprężeń w gruncie pod fundamentem przedstawionym na rysunku poniżej oraz 
obliczyć wartość średnich osiadań podłoża gruntowego pod tym fundamentem. 

Rozkład naprężeń w gruncie pod fundamentem wyznaczony zostanie 
z wykorzystaniem  współczynnika 

η

s

 do wyznaczanie składowej pionowej 

σ

z

 naprężenia  średniego pod całym wiotkim obszarem prostokątnym, 

obciążonym równomiernie. 

1) Obliczenie osiadań metodą odkształceń jednoosiowych 

Wartość osiadania podłoża gruntowego obliczona zostanie ze wzoru: 

+

=

+

=

i

i

szi

i

i

dzi

M

h

M

h

"

s

's

s

σ

λ

σ

0

    [mm] 

w którym: 
  s’ , s”  - osiadania pierwotne i wtórne 
  M

0i

 , M

i

 – edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej i wtórnej 

  h

i

 – miąższość warstwy obliczeniowej (h

i

 

≤ B/2) 

  

σ

dzi

 – naprężenia dodatkowe na głębokości z

i  

(

q

si

dzi

=

η

σ

  

σ

szi

 – naprężenia wtórne na głębokości z

i  

q

si

szi

=

η

σ

 ) 

  głębokość z

i

 przyjmuje się w połowie miąższości h

i

  

λ – współczynnik uwzględniający stopień odprężenia gruntu w dnie 

wykopu (

λ = 0 ÷ 1.0) 

Sumowanie osiadań przeprowadza się do głębokości z

i

, na której spełnia się 

warunek:  

σ

dzi

 < 0.3

⋅σ

γzi

.

 

Obliczenia pomocnicze: 
q

D

 = 

γ

D

D = 17.0⋅1.5 = 25.5 kPa,         q = q - γ

D

D = 300 – 25.5 = 274.5 kPa,       L/B = 4.0/2.0 = 2.0,    λ = 1.0 

Tabela obliczeń naprężeń i osiadań 

Profil 

geotech. 

Rzędna 

spodu 

warstwy 

h

 

[m] 

z

 

[m] 

σ

γzi

 

 

[kPa] 

0.3

σ

γzi 

 

[kPa] 

z

i

/B 

η

si

 

σ

dzi

 

 

[kPa]

σ

szi

 

 

[kPa]

M

0i

 

 

[MPa] 

M

i

 

 

[MPa] 

i

's  

[mm]

i

"

 

[mm]

i

 

[mm]

+1.5   

0.0                

 
 

 

0.0 

 

0.0 

 

0.0 

 

22.5 

 

6.8 

 

 

1.0 

 

274.5

 

25.5 

 

60.0 

 

75.0 

 

0.0 

 

0.0 

 

0.0 

-0.5 0.5 

0.25 

26.75

8.0 0.125 

0.85 

233.0

22.0 60.0  75.0 1.94 0.15 2.09 

-1.0 0.5 

0.75 

35.25

10.5 

0.375 

0.72 

198.0

18.0 60.0  75.0 1.65 0.12 1.77 

-1.5 0.5 

1.25 

43.75

13.1 

0.625 

0.52 

143.0

13.0 60.0  75.0 1.19 0.09 1.28 

P

γ = 17 kN/m

3

 

-2.0 0.5 

1.75 

52.25

15.7 

0.875 

0.42 

115.0

11.0 60.0  75.0 0.96 0.07 1.03 

-3.0 1.0 

2.50 

66.00

19.8 1.25 

0.30 

82.0 8.0  35.0  47.0 2.34 0.17 2.51 

-4.0 1.0 

3.50 

80.50

24.2 1.75 

0.22 

60.0 6.0  35.0  47.0 1.71 0.13 1.84 

P

g, 

 γ =19 kN/m

γ’=10 kN/m

3

 

-5.0 1.0 

4.50 

90.50

27.2 2.25 

0.15 

41.0 4.0  35.0  47.0 1.17 0.09 1.26 

-6.0 1.0 

5.50 

100.3

30.1 2.75 

0.11 

30.0 3.0  25.0  33.0 1.21 0.09 1.30 

G

 

γ’ = 9.5 kN/m

3

 

-7.0 1.0 

6.50 

109.8

32.9 3.25 

0.08 22.0  2.0  25.0  33.0  - 

12.18

0.90 13.08

Rezultat: osiadania podłoża gruntowego wyniosą około s = 13.0 mm 

 

zwg 

Piasek drobny (P

d

γ = 17.0 kN/m

3

 

M

0

 = 60 MPa, M = 75 MPa 

stopa 

B= 2m, L = 4m 

 0.00 

+  1.50 

-  2.00 

Piasek gliniasty (P

g

γ = 19.0 kN/m

3

 

γ’ = 10 kN/m

3

 

M

0

 = 35 MPa, M = 47 MPa 

Glina (G
γ = 18.5 kN/m

3

 

γ’ = 9.5 kN/m

3

 

M

0

 = 25 MPa, M = 33 MPa 

-  3.00 

-  5.00 

 D = 1.5 m 

 q = 300 kPa 

 B 

zwg 

 z 

Piasek drobny (P

d

γ = 17.0 kN/m

3

 

M

0

 = 60 MPa, M = 75 MPa

 0.00 

+  1.50 

-  2.00 

Piasek gliniasty (P

g

γ = 19.0 kN/m

3

 

γ’ = 10 kN/m

3

 

M

0

 = 35 MPa, M = 47 MPa

Glina (G
γ = 18.5 kN/m

3

 

γ’ = 9.5 kN/m

3

 

M

0

 = 25 MPa, M = 33 MPa

-  3.00 

-  5.00 

zwg 

σ

sz

σ

dz

σ

γz

background image

2) Obliczenie osiadań metodą odkształceń trójosiowych 

Wartość osiadania podłoża gruntowego obliczona zostanie ze wzoru: 

    

+

=

+

=

i

i

i

D

i

i

i

E

)

(

B

q

E

)

(

B

q

"

s

's

s

2

0

2

1

1

ν

ω

λ

ν

ω

    [mm] 

w którym: 

  

∆ω

i

 = 

ω

2i

 – 

ω

1i

  (

ω

1i

 – współczynnik wpływu dla stropu warstwy „i” na głębokości z

1i

ω

2i

 – współczynnik wpływu dla  

                              spągu warstwy „i” na głębokości z

2i

, współczynniki 

ω

1

 i 

ω

2

 zależą od z

1

/B i z

2

/B oraz L/B

  

ν

i

 – współczynnik Poissona dla gruntu w warstwie „i”, 

  E

0i

E

i

  - odpowiednio pierwotny i wtórny moduł odkształcenia ogólnego gruntu 

  B – szerokość fundamentu 

 a) osiadanie warstwy 1 – P

d

  

  Przyjęto 

ν

1

 = 0.27  

→  

80

.

0

)

27

.

0

1

(

)

27

.

0

2

1

(

)

27

.

0

1

(

1

=

+

=

δ

   

→   

48

60

80

.

0

01

=

=

E

MPa,     

60

75

80

.

0

1

=

=

E

MPa 

  z

11

 = 0  

→  ω

11

 = 0,   z

21

 = 2.0 m ,  z

21

/B = 2.0/2.0 = 1,  L/B = 4.0/2.0 = 2   

→  

ω

21

 = 0.47,   

→  

∆ω

1

 = 0.47 – 0.0 = 0.47 

   

=

+

=

+

=

37

0

98

4

60

27

0

1

47

0

0

2

5

25

0

1

48

27

0

1

47

0

0

2

5

274

2

2

1

.

.

)

.

(

.

.

.

.

)

.

(

.

.

.

s

5.35 mm 

 b) osiadanie warstwy 2 – P

g

  

  Przyjęto 

ν

2

 = 0.30  

→  

74

.

0

)

30

.

0

1

(

)

30

.

0

2

1

(

)

30

.

0

1

(

2

=

+

=

δ

   

→   

26

35

74

.

0

02

=

=

E

MPa,     

35

47

74

.

0

2

=

=

E

MPa 

  z

21

 = 2.0  

→  ω

21

 = 0.47,   z

22

 = 5.0 m ,  z

22

/B = 5.0/2.0 = 2.5,  L/B = 2  

→  

ω

22

 = 0.86,   

→  

∆ω

2

 = 0.86 – 0.47 = 0.39 

   

=

+

=

+

=

52

.

0

49

.

7

35

)

30

.

0

1

(

39

.

0

0

.

2

5

.

25

0

.

1

26

)

30

.

0

1

(

39

.

0

0

.

2

5

.

274

2

2

2

s

8.01 mm 

 c) osiadanie warstwy 3 – G  

  Przyjęto 

ν

3

 = 0.32  

→  

70

.

0

)

32

.

0

1

(

)

32

.

0

2

1

(

)

32

.

0

1

(

3

=

+

=

δ

   

→   

5

.

17

25

70

.

0

03

=

=

E

MPa,     

23

33

70

.

0

3

=

=

E

MPa 

  z

31

 = 5.0  

→  ω

31

 = 0.86,   z

32

 = 

∞ ,  z

32

/B = 

∞,  L/B = 2  →  

ω

32

 = 1.22,   

→  

∆ω

3

 = 1.22 – 0.86 = 0.36 

   

=

+

=

+

=

72

.

0

14

.

10

23

)

32

.

0

1

(

36

.

0

0

.

2

5

.

25

0

.

1

5

.

17

)

32

.

0

1

(

36

.

0

0

.

2

5

.

274

2

2

3

s

10.86 mm 

 d) osiadanie całkowite 

  s = s

1

 + s

2

 + s

3

 = 5.35 + 8.01 + 10.86 = 24.22 mm 

Wniosek:  Obliczenia metodą odkształceń trójosiowych dają większe wartości osiadań. 

background image

Zadania do rozwiązania 

Zad. 7.2.

 Który fundament osiądzie więcej? Spróbować powiedzieć najpierw bez obliczeń. 

Policzyć wartości osiadań fundamentów. Rozkład 

η przyjąć liniowy do głębokości z = 3B. 

 

 

 

Odp.: więcej osiądzie fundament B,  s

A

 = 38.07 mm,   s

B

 = 57.8 mm. 

 

Zad. 7.3.

 Policzyć osiadanie warstwy 

G

π

 od nacisków dodatkowych q 

przekazywanych przez fundament. 
Rozkład 

η przyjąć liniowy do 

głębokości 4B.  

Odp.: s

G

π

 = 27.96 mm 

Zad. 7.4.

 Policzyć osiadanie warstwy namułu w wyniku obniżenia zwierciadła wody gruntowej 

o 4.0 m. Przyjąć,  że obniżenie wody wykonano na znacznym obszarze, stąd 

η = 1 w całej 

miąższości namułu.  

Odp.: s

Nm

 = 120 mm 

 
 

Zad. 7.5.

 Jaką szerokość powinna mieć 

ława fundamentowa, aby osiadania podłoża 
gruntowego nie przekroczyły 20 mm? 
Obliczenia wykonać metodą odkształceń 
jednoosiowych, przyjmując liniowy rozkład 
współczynnika 

η, jak pokazano na 

wykresie. 

Odp.: B 

 3.0 m. 

 

-   2.0 

q = 250 kPa

B = 3,0 m 

±   0.0 

-   6.0 

M

0

 = 25 MPa 

z/B 

1

0.5

η 

-   1.0 

G

π

,   

Pd,  

γ = 17 kN/m

3

 

podłoże nieściśliwe 

B

-     2.0

q = 200 

B = 3,0 m

q = 200 

B = 1,5 m 

±   0.0

-     6.0

M

0

 = 10 MPa 

M

0

 = 20 MPa 

M

0

= 10 MPa

M

0

= 20 MPa

z/B 

0

1

2

3

1

0.5 

η

podłoże nieściśliwe

podłoże nieściśliwe 

±  0.0 

-   2.0 

-   6.0 

-   7.0 

P

d

γ = 18 kN/m

3

 

      

γ‘ = 11 kN/m

3

 

      

γ

sr

= 21 kN/m

3

 

zwg (pierw.)

zwg (obniż.)

-   10.0

Nm, M

0

 = 1,0 MPa 

η 

z/B 

1

0.5

±  0.00 

 -  3.5 

M

0

 = 25 MPa 

 -  1.0 

B= ? 

M

0

 = 15 MPa 

 -  7.0 

podłoże nieściśliwe 

N = 250 kN/m?