background image

2009-02-03

1

FUNDAMENTOWANIE 1

Część 2 a

Konstrukcje oporowe

WYCIĄG Z MATERIAŁÓW

Konstrukcje oporowe

Konstrukcja oporowa – konstrukcja przeznaczona do 

przejmowania i przekazywania na podłoże parcia gruntu

Obciążenia działające na konstrukcje oporową:

1 – ciężar konstrukcji,

2 – obciążenie naziomu

3 – parcie gruntu (czynne, pośrednie lub spoczynkowe)

4 – odpór gruntu (graniczny, pośredni lub parcie

spoczynkowe)

5 – tarcie między gruntem a powierzchnią konstrukcji,

6 – składowa normalna oddziaływania podłoża,

7 – składowa styczna oddziaływania podłoża.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/2

Ś

ciany oporowe

PN-83/B-03010 – Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.

Ś

ciana oporowa – budowla utrzymująca w stanie statecznym uskok naziomu 

gruntów rodzimych lub nasypowych albo innych materiałów 
rozdrobnionych, które mo
żna scharakteryzować parametrami 
geotechnicznymi (
γγγγΦ

Φ

Φ

Φ, c). Zadaniem ściany oporowej jest podtrzymanie 

znajdującego się za nią gruntu lub innego materiału i zapewnienie jego 
równowagi. 

Ze względu na rodzaj materiału ściany oporowe można podzielić na:

- kamienne,

- ceglane, 

- betonowe,

żelbetowe,

- z gruntu zbrojonego.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/3

Ś

ciany oporowe

PN-83/B-03010 – Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.

Podział ścian oporowych według konstrukcji:

-

masywne (kamienne i betonowe, blokowe i skrzyniowe)

-

lekkie (wspornikowe, kątowe, z płytami kotwiącymi, oczepowe 

kotwione za pomocą ściągów, łupinowe, płytowe itp.)

Rodzaje ścian oporowych:

-

masywne,

-

z elementami odciążającymi,

-

płytowo-kątowe,

-

płytowo-żebrowe

-

specjalne,

-

z gruntu zbrojonego

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/4

Ś

ciany oporowe

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/5

Ś

ciany masywne – PN-83/B-03010

Wg normy minimalna grubość ściany w koronie powinna wynosić:

przy wysokości ściany h

n

> 1,5 m

- dla ścian murowanych – 500 mm,

- dla ścian betonowych – 300 mm,

przy wysokości ściany h

n

≤ 1,5 m

- dla ścian murowanych – 250 mm,

- dla ścian betonowych – 150 mm,

Ś

ciany masywne – przeważnie betonowe 

lub kamienne (

5 m).

W przekrojach poziomych nie dopuszcza się 
wystąpienia naprężeń rozciągających.

W przypadku stwierdzenia tych naprężeń 
(dla dużych wysokości należy w rozciąganej 
strefie zaprojektować zbrojenie.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/6

background image

2009-02-03

2

Ś

ciany masywne 

z wspornikiem (płytą
odci
ążającym

Ś

ciany o jednej 

płycie odciążającej

stosuje się do wysokości ok. 4,0 m – dla 
wyższych (do ok. 6,0 m) stosuje się dwie 
płyty.
a) ściana niezbrojna
b) 
ściana z miejscowym dozbrojeniem

Zastosowanie 

wspornika pozwala ma 

zmniejszenie zużycia materiału i 

uniknięcie lub zmniejszenie zbrojenia w 

samej płycie pionowej ściany. 
Zmniejsza parcie gruntu

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/7

Ś

ciany płytowo-kątowe

Minimalna grubość płyty pionowej 120 mm.

Minimalna grubość płyty poziomej 200 mm.

Minimalna grubość otulenia zbrojenia głównego 

od strony gruntu lub materiału zasypowego:

- dla płyty ściennej prefabrykowanej – 30 mm,

- dla płyty ściennej monolitycznej obciążonej suchym 

gruntem lub materiałem zasypowym nie 
zawierającym czynników agresywnych – 30 mm

- dla płyty ściennej w pozostałych przypadkach – 50 

mm,

- w płycie fundamentowej, jeżeli pod fundamentem jest 

projektowana warstwa wyrównawcza z betonu o 
grubości min. 100 mm – 50 mm

Ś

ciany płytowo-kątowe -

wyłącznie żelbetowe.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/8

Ś

ciany płytowo-kątowe

Płyta pionowa obliczana jest jako wspornik utwierdzony w 

płycie fundamentowej obciążony parciem gruntu.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/9

Ś

ciany płytowo-kątowe

Ze względu na równomierny charakter obciążenia
podłu
żne zbrojenie rozdzielcze może być stosowane
w ilo
ści 10 - 15% zbrojenia głównego nie mniej
jednak ni
ż 0,1% przekroju poprzecznego płyty.

Moment zginający w płycie fundamentowej oblicza 
si
ę jak dla wspornika  utwierdzonego w płycie 
pionowej, obci
ążonego:

-

parciem grunt nad płytą (od góry),

-

odporem gruntu: (od dołu)

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/10

Ś

ciany płytowo-kątowe

Minimalna grubość płyty pionowej 

120 mm.

Minimalna grubość płyty poziomej 

200 mm.

Skosy pomiędzy płytą pionową a fundamentową.

Ś

ciana prefabrykowana (kolejowa)

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/11

Ś

ciany płytowo-żebrowe 

Konstrukcja składa się z płyty pionowej, 
fundamentowej i pionowych żeber 
rozstawionych  wzdłuż ściany co 2,5 – 3,5 m. 
Wyłącznie żelbetowe

Obowiązują wszystkie  zalecenia jak dla 

ś

cian płytowo-kątowych  z tym że:

- grubość ściany pionowej 

≥ 120 mm 

≥ 1/9 – 1/13 rozstawu żeber, 

- grubość płyty fundamentowej przy 

ś

cianie 

≥ 200 mm i ≥ 1/10 –1/15 

wysokości ściany

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/12

background image

2009-02-03

3

Ś

ciany płytowo-żebrowe

Płytę ściany oblicza się w zależności 

od wartości stosunku wysokości do 

rozstawu żeber h/l

a) jeżeli h/l > 2 płytę można 

traktować obliczeniowo jako pasmo 

płytowe obciążone obciążeniem 

zmiennym wzdłuż wysokości,

b) jeżeli h/l < 2 płytę należy liczyć i 

konstruować jako pracującą 

dwukierunkowo.

W przypadku 

(a) dzieli się 

obliczeniowo ścianę na pasma o 

wys. 1 – 1,5 m.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/13

Ś

ciany płytowo-żebrowe

- momenty w przęsłach pośrednich 

(przęsłowe i podporowe) oraz nad 

podporą skrajną

- momenty w przęśle skrajnym i nad 

pierwszą podporą

Sumaryczny moment zamocowania płyty ściennej w dnie

- dla przęsła skrajnego (jedna krawędź pionowa zamocowana, druga swobodnie podparta)

- dla przęsła wewnętrznego (obie krawędzie zamocowane) 

16

2

ql

M

=

11

2

ql

M

=

2

047

,

0

ql

M

y

=

2

032

,

0

ql

M

y

=

W przypadku (b) -> tablice

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/14

Ś

ciany płytowo-żebrowe

Obliczanie płyty fundamentowej

- wspornik utwierdzony w płycie 

pionowej

Obliczanie żebra

- wspornik o zmiennej wysokości 

utwierdzony w płycie 

fundamentowej

Połączenie żebra z płytą ściany:

a)

z pilastrem

b)

bez pilastra

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/15

Zbrojenie ściany 

Ś

ciany płytowo-żebrowe

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/16

Zbrojenie ściany wysokiej.

5 – zbrojenie ukośne do przeniesienia składowych 

głównych naprężenia 

Ś

ciany płytowo-żebrowe

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/17

Konstrukcje oporowe wg PN-EN 1997-1

Rodzaje konstrukcji oporowych:

masywne (grawitacyjne) ściany oporowe

- ściany z kamienia, z niezbrojonego lub 

zbrojonego betonu, mające podstawę fundamentową z ostrogą lub bez ostrogi, półki lub przypory. 

Ciężar ściany, a czasami również ciężar gruntu, skały lub zasypki, odgrywa znaczącą rolę 

w podtrzymywaniu podpieranego materiału. np. betonowe masywne ściany oporowe o stałej lub 

zmiennej grubości, żelbetowe ściany płytowo-kątowe i ściany z przyporami.

ś

ciany zagłębione w podłożu

- relatywnie cienkie ściany ze stali, żelbetu lub drewna, 

podtrzymywane przez kotwy, rozpory i/lub odpór gruntu. Wytrzymałość na zginanie takich ścian 

odgrywa znaczącą rolę w podtrzymywaniu gruntu, podczas gdy rola ciężaru ściany jest nieistotna. 

np. wspornikowe stalowe ścianki szczelne, zakotwione lub rozparte stalowe albo betonowe ścianki 

szczelne i ściany szczelinowe.

ś

ciany o konstrukcji złożonej

- ściany z elementów obu wyżej podanych rodzajów ścian. 

Istnieje duża różnorodność takich ścian, których przykładem mogą być grodze z podwójnej ścianki 

szczelnej, konstrukcje z gruntu zbrojonego cięgnami, geotekstyliami lub iniekcjami, konstrukcje z 

wieloma rzędami kotew gruntowych lub gwoździ gruntowych.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/18

background image

2009-02-03

4

Obciążenia ścian oporowych – PN-83/B-03010

Obciążenia stałe działające bezpośrednio na ścianę oporową lub w zasięgu bryły 

odłamu (strefy oddziaływań dla parcia spoczynkowego) należy ustalać zgodnie z 

normami obciążeń. Obciążenia stałe działające w obrębie klina odłamu należy 

uwzględniać w obliczeniach parcia (odporu) gruntu, działające poza klinem odłamu 

należy uwzględniać w obliczeniach stateczności zbocza, na którym znajduje się ściana 

oporowa.

Obciążenia zmienne działające bezpośrednio na ścianę oporową należy uwzględniać 

przy wyznaczaniu naprężeń w gruncie w poziomie posadowienia i przy wyznaczaniu 

naprężeń w ścianie. W obliczeniach stateczności ściany obciążeń tych nie uwzględnia 

się (poza budowlami komunikacyjnymi  – obciążenia pojazdami). Obciążenia zmienne 

działające pośrednio na ścianę oporową (poprzez grunt) w zasięgu klina odłamu należy 

uwzględniać w obliczeniach parcia gruntu, natomiast obciążenia zmienne znajdujące się 

poza klinem odłamu należy uwzględniać w obliczeniach stateczności zbocza, na którym 

znajduje się ściana oporowa.

Obciążenia wyjątkowe można pominąć w obliczeniach stanów granicznych ściany 

oporowej w przypadku odpowiedniego uzasadnienia technicznego i ekonomicznego.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/19

Parcie i odpór gruntu

Przy wyznaczaniu parcia i odporu gruntu 
działaj
ącego na ścianę oporową należ
uwzgl
ędnić:

- kształt i sztywność  ściany,

- rodzaj gruntu (rodzimy, zasypowy, inny materiał 

rozdrobniony),

- warunki wodne w otoczeniu ściany oporowej,

- sposób wykonania  i zagęszczenia zasypki,

- przemarzanie i pęcznienie gruntu,

- projektowane odwodnienie konstrukcji,

- obciążenie statyczne i dynamiczne konstrukcji.

Parcie gruntu niespoistego. 
1 – grunt luźny, 2 – grunt zagęszczony

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/20

Parcie gruntu niespoistego, przypadek (a):

Ośrodek jednorodny, naziom płaski, obciążony równomiernie, powierzchnia 

ś

ciany pionowa i gładka. Jednostkowe parcie gruntu:

Parcie i odpór gruntu

(

)

(

)

a

n

n

a

z

n

a

K

q

z

K

h

z

e

+

=

+

=

)

(

)

(

γ

γ

=

2

45

tan

)

(

2

n

a

K

φ

)

n

n

z

q

h

γ

=

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/21

Należy przyjmować wartości dodatnie kątów β

β

β

βεεεε δ

δδ

δ

2

(n) 

od normalnej w kierunku 

przeciwnym do wskazówek zegara.

Wysokość zastępczą uwzględniającą  wpływ obciążenia naziomu należy wyznaczać:

Parcie i odpór gruntu

(

)

ε

β

β

ε

γ

=

=

cos

cos

cos

)

n

n

z

q

h

Odpór gruntu niespoistego, przypadek (b):

Ś

ciana nachylona, naziom nachylony, obciążony równomiernie, ściana nie jest 

gładka – jednostkowy odpór gruntu określa się jw. przy czym:

[

]

(

)

(

) (

)

(

)

(

)

2

)

(

2

)

(

)

(

2

)

(

)

(

2

2

)

(

2

cos

cos

sin

sin

1

cos

cos

cos

+

+

+

+

=

ε

β

δ

β

ε

φ

δ

φ

δ

φ

β

φ

β

n

n

n

n

n

n

a

K

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/22

Odpór gruntu niespoistego, przypadek (a):

Ośrodek jednorodny, naziom płaski, obciążony równomiernie, powierzchnia 

ś

ciany pionowa i gładka. Jednostkowy odpór gruntu:

Parcie i odpór gruntu

(

)

(

)

p

n

n

p

z

n

p

K

q

z

K

h

z

e

+

=

+

=

)

(

)

(

γ

η

γ

η

+

=

2

45

tan

)

(

2

n

p

K

φ

)

n

n

z

q

h

γ

=

η - współczynnik korekcyjny uwzględniający błąd, jaki się popełnia przyjmując płaska  

powierzchnię klina odłamu

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/23

Należy przyjmować wartości dodatnie kątów β

β

β

βεεεε δ

δδ

δ

2

(n) 

od normalnej w kierunku 

przeciwnym do wskazówek zegara.

Wysokość zastępczą uwzględniającą  wpływ obciążenia naziomu należy wyznaczać:

Parcie i odpór gruntu

(

)

ε

β

β

ε

γ

=

=

cos

cos

cos

)

n

n

z

q

h

Odpór gruntu niespoistego, przypadek (b):

Ś

ciana nachylona, naziom nachylony, obciążony równomiernie, ściana nie jest 

gładka – jednostkowy odpór gruntu określa się jw. przy czym:

[

]

(

)

(

) (

)

(

)

(

)

2

)

(

2

)

(

)

(

2

)

(

)

(

2

2

)

(

2

cos

cos

sin

sin

1

cos

cos

cos

+

+

+

+

=

ε

β

δ

β

ε

φ

δ

φ

δ

β

β

φ

β

n

n

n

n

n

n

p

K

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/24

background image

2009-02-03

5

Wypadkowa parcia spoczynkowego

Parcie i odpór gruntu

0

0

2

)

(

0

5

,

0

K

h

q

K

h

E

n

n

+

=

γ

Punkt zaczepienia wypadkowej:

-

rozkład trójkątny – h/3

-

rozkład trapezowy:

(

)

(

)

0

)

(

0

)

(

0

0

K

q

z

K

h

z

K

e

n

n

z

n

z

+

=

+

=

=

γ

γ

σ

γ

Ś

ciana pionowa, naziom poziomy, obciążony równomiernie. Jednostkowe parcie 

spoczynkowe gruntu:

2

1

2

1

2

3

1

e

e

e

e

h

h

E

+

+

=

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/25

Parcie i odpór gruntu

Współczynnik parcia spoczynkowego

Gruntu rodzime:

(

)

(

)

ε

φ

ξ

ξ

ξ

tan

5

,

0

1

sin

1

)

(

3

2

1

0

+

=

n

K

ξ

ξξ

ξ

1

– wsp. uwzględniający wpływ spójności gruntu (tabl. 5),

dla gruntów niespoistych = 1

ξ

ξξ

ξ

2

– wsp. uwzględniający genezę gruntów (tabl. 6),

dla gruntów niespoistych = 1

ξ

ξξ

ξ

3

– wsp. reologiczny (tabl. 7),

dla gruntów niespoistych = 1

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/26

Parcie i odpór gruntu

Współczynnik parcia spoczynkowego

Gruntu zasypowe:

(

) (

)

[

]

(

)

ε

ξ

ξ

ξ

tan

5

,

0

1

15

,

4

5

2

1

,

0

5

,

0

5

4

4

0

+

+

+

=

S

I

K

I

S

– wskaźnik zagęszczenia

ξ

ξξ

ξ

4

– wsp. zależny od rodzaju gruntu zasypowego (tabl. 8),

ξ

ξξ

ξ

5

– wsp. uwzględniający technologię układania i zagęszczania zasypu (tabl. 9),

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/27

Wpływ spójności na parcie gruntu

(

)

a

n

a

z

n

a

K

c

K

h

z

e

)

(

)

(

2

+

=

γ

Ś

ciana pionowa, naziom poziomy, obciążony równomiernie. 

a

n

n

c

K

c

h

)

(

)

(

2

γ

=

)

(

)

(

cot

n

n

H

c

φ

σ

=

1

cos

cos

δ

σ

ε

H

n

c

q

q

+

=

(

)

ε

β

β

δ

γ

=

cos

cos

cos

1

)

n

c

z

q

h

(

)

β

γ

cos

)

(

a

z

n

a

K

h

z

e

+

=

H

n

a

an

e

e

σ

δ

=

)

(

2

cos

)

(

2

sin

n

a

at

e

e

δ

=

2

2

at

an

a

e

e

e

+

=

Ś

ciana nachylona, naziom nachylony, obciążony równomiernie, ściana nie jest gładka

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/28

Wpływ spójności na odpór gruntu

(

)

[

]

p

n

p

z

n

p

K

c

K

h

z

e

)

(

)

(

2

+

+

=

γ

η

Ś

ciana pionowa, naziom poziomy, obciążony równomiernie. 

p

n

n

c

K

c

h

)

(

)

(

2

γ

=

)

(

)

(

cot

n

n

H

c

φ

σ

=

1

cos

cos

δ

σ

ε

H

n

c

q

q

+

=

(

)

ε

β

β

δ

γ

=

cos

cos

cos

1

)

n

c

z

q

h

(

)

β

γ

cos

)

(

p

z

n

p

K

h

z

e

+

=

H

n

p

pn

e

e

σ

δ

=

)

(

2

cos

)

(

2

sin

n

p

pt

e

e

δ

=

2

2

pt

pn

p

e

e

e

+

=

Ś

ciana nachylona, naziom nachylony, obciążony równomiernie, ściana nie jest gładka

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/29

Określenie rodzaju parcia

W zależności od przemieszczenia konstrukcji względem ośrodka gruntowego 
okre
śla się:

-

parcie graniczne gruntu,

-

parcie pośrednie gruntu,

-

parcie spoczynkowe gruntu,

-

odpór pośredni gruntu,

-

odpór graniczny gruntu,

-

parcie silosowe gruntu.

Parcie pośrednie i spoczynkowe gruntu należy wyznaczać gdy narzucone jest 

ograniczenie przemieszczeń ściany. W pozostałych przypadkach należy wyznaczać 

parcie graniczne.

Do wstępnego określenia przemieszczeń konstrukcji dopuszcza się przyjmowanie 
parcia granicznego lub spoczynkowego zale
żnie od rodzaju konstrukcji.

Dla odporu należy przeprowadzać analizą przemieszczeń konstrukcji i wartość odporu 

przyjmować w zależności od założonego przemieszczenia.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/30

background image

2009-02-03

6

Parcie gruntu na ściany kątowe

Przy sprawdzaniu stanów granicznych gruntu 
dla k
ątowych ścian oporowych, dla pionowej 
ś

ciany, poziomego naziomu i kąta tarcia 

gruntu o ścianę dopuszcza się schemat 
(równie
ż gdy |β

β

β

β

≤ 10°°°° i |εεεε

≤ 10°°°°):

W pozostałych przypadkach:

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/31

Przemieszczenia uogólnione

Uogólnione przemieszczenie ρ

ρ

ρ

ρ zastępuje następujące podstawowe 

przemieszczenia ściany oporowej:

- osiadanie krawędzi podstawy s,

- kąt obrotu krawędzi podstawy  wywołany różnicą osiadań

- przesunięcie krawędzi ściany f

B

s

=

ϑ

Zakłada się, że przemieszczenie uogólnione 

ρ

ρ

ρ

ρ jest suma kątów obrotu dolnej i górnej krawędzi ściany

B

A

ρ

ρ

ρ

+

=

ρ

A

– kąt obrotu dolnej krawędzi 

ś

ciany oporowej

ρ

B

– kąt obrotu górnej krawędzi

ś

ciany oporowej

h

f

h

f

A

B

B

A

=

=

ρ

ρ

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/32

Przemieszczenia uogólnione

Przemieszczenia uogólnione, przy których powstaje parcie pośrednie lub odpór 
po
średni:

ρ

– przemieszczenie uogólnione ściany wyznaczone przy uwzględnieniu 

wszystkich obciążeń z pominięciem wpływu zagęszczenia gruntu w czasie 

wykonywania  zasypu. K

0

wyznaczane jak dla gruntu rodzimego. 

ρ

– przemieszczenie uogólnione ściany w fazie układania i zagęszczania zasypki. 

K

0

wyznaczane jak dla gruntu zasypowego.  Dla gruntu rodzimego 

ρ

b

= 0

b

n

II

I

ρ

ρ

ρ

ρ

5

,

0

+

=

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/33

Wyznaczanie parcia pośredniego i odporu pośredniego

Parcie pośrednie

a

I

a

I

a

a

a

I

I

a

I

E

E

E

E

E

E

=

<

=

<

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

5

,

0

dla

5

,

0

5

,

0

0

dla

0

0

Odpór pośredni

p

II

p

II

p

p

p

II

II

p

II

E

E

E

E

E

E

=

<

+

=

<

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

5

,

0

dla

5

,

0

5

,

0

0

dla

0

0

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/34

Wartości obliczeniowe parcia i odporu

Wartości obliczeniowe jednostkowego parcia  lub odporu

n

f

f

r

e

e

=

2

1

γ

γ

Wartości obliczeniowe wypadkowej parcia  lub odporu

n

f

f

r

E

E

=

2

1

γ

γ

γ

f1

- współczynnik obciążenia wg. tabl. 10

γ

f2

- współczynnik obciążenia równy:

1,0 w obliczeniach stanów granicznych gruntu,

1,1 (0,9) w obliczeniach stanów granicznych konstrukcji ściany oporowej

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/35

Konstrukcje oporowe wg PN-EN 1997-1

Oddziaływania, dane geometryczne i sytuacje obliczeniowe

Oddziaływania

Oddziaływania podstawowe:

ciężar gruntu, skały i wody,

naprężenia w podłożu,

parcie gruntu i wody gruntowej,

ciśnienia wody powierzchniowej, włączając parcia fal,

ciśnienie wody gruntowej, ciśnienie spływowe,

obciążenia stałe i przyłożone od budowli,

obciążenia naziomu,

siły kotwienia lub cumowania,

usunięcie obciążenia (odciążenie) lub wykonanie wykopu,

obciążenie pojazdami,

przemieszczenia spowodowane eksploatacją górniczą albo wykonywaniem wyrobisk 
lub tuneli,

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/36

background image

2009-02-03

7

Konstrukcje oporowe wg PN-EN 1997-1

Oddziaływania podstawowe:

pęcznienie i skurcz spowodowane przez rośliny, wpływy klimatyczne lub zmiany 
wilgotno
ści,

przemieszczenia związane z pełzaniem, osuwaniem lub osiadaniem mas gruntu,

przemieszczenia związane z degradacją, zmianami w składzie mineralnym, 
samozag
ęszczeniem i rozpuszczaniem gruntu,

przemieszczenia i przyspieszenia spowodowane trzęsieniami ziemi, wybuchami, 
drganiami i obci
ążeniami dynamicznymi,

skutki działania temperatury, w tym zamarzania,

obciążenie lodem,

wstępne sprężenie kotew gruntowych lub rozpór,

tarcie negatywne.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/37

Konstrukcje oporowe wg PN-EN 1997-1

Stany graniczne (SG)

Dla wszystkich rodzajów konstrukcji oporowych, jako minimum, należy rozpatrzyć 

następujące stany graniczne:

a)

utrata ogólnej stateczności,

b)

zniszczenie elementu konstrukcyjnego jak ściana, kotwa, oczep lub rozpora, 
albo zniszczenie poł
ączenia między tymi elementami,

c)

łączne wyczerpanie oporu podłoża i zniszczenie elementu konstrukcyjnego,

d)

zniszczenie spowodowane wypiętrzeniem lub przebiciem hydraulicznym,

e)

przemieszczenia konstrukcji oporowej, które mogą spowodować zniszczenie, wpłynąć 
na wygl
ąd albo utratę właściwości użytkowych samej konstrukcji albo sąsiednich 
konstrukcji lub instalacji, na które wpływa zachowanie konstrukcji oporowej,

f)

nadmierne przenikanie wody przez ścianę lub pod nią,

g)

nadmierne przenikanie cząstek gruntu przez ścianę lub pod nią,

h)

niedopuszczalne zmiany warunków wodnych.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/38

Konstrukcje oporowe wg PN-EN 1997-1

Stany graniczne (SG)

Dodatkowo, w przypadku ścian masywnych i złożonych konstrukcji oporowych, należ

rozpatrywać następujące stany graniczne:

a)

wyczerpanie nośności podłoża podstawy,

b)

utrata stateczności na skutek przesunięcia w podstawie ściany,

c)

zniszczenie przez przewrócenie się ściany,

a w przypadku ścian zagłębionych w podłożu:

a)

utrata stateczności na skutek obrotu lub przesunięcia ściany albo jej części,

b)

utrata pionowej równowagi ściany.

Dla wszystkich rodzajów konstrukcji oporowych należy rozpatrywać kombinacje wyżej 

wymienionych stanów granicznych, gdzie jest to zasadne. 

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/39

SPRAWDZANIE STANÓW GRANICZNYCH GRUNTU - PN-83/B-03010

Wyróżnia się dwie grupy stanów granicznych:

Stany graniczne nośności,

Stany graniczne użytkowania

Warunek stanu granicznego nośności

f

r

Q

m

Q

– współczynnik korekcyjny, zależny od rodzaju stanu granicznego i przyjętej metody obliczeń,

Q

f

– obliczeniowy opór graniczny podłoża gruntowego przeciwdziałający obciążeniu O

r

Q

r

– wartość obliczeniowa działającego obciążenia

OBLICZENIA PROWADZIMY NA WARTOŚCIACH 

OBLICZENIOWYCH

Warunkiem stanu granicznego użytkowania jest porównanie wartości obliczonych 
przemieszcze
ń z wartościami dopuszczalnymi

OBLICZENIA PROWADZIMY NA WARTOŚCIACH 

CHARAKTERYSTYCZNYCH (NORMOWYCH)

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/40

STANY GRANICZNE NOŚNOŚCI PODŁOŻA

Sprawdzenie nośności podłoża bezpośrednio pod podstawą fundamentu

-

zgodnie z zasadami w normie PN-81/B-03020.

-

jeżeli ściana oporowa ma nachyloną podstawę lub znajduje się na zboczu należ

stosować załącznik 2 normy PN-83/B03010

-

dla ścian posadowionych na palach – zgodnie z normą PN-82/B-02482

Sprawdzenie stateczności na obrót

uf

r

M

m

M

0

0

M

0r

– moment wszystkich sił obliczeniowych powodujących obrót ściany

M

uf

– moment wszystkich sił obliczeniowych przeciwdziałających obrotowi ściany

m

0

= 0,8 – w przypadku obciążenia naziomu q 

≥ 10 kPa

m

0

= 0,9 – w pozostałych przypadkach

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/41

STANY GRANICZNE NOŚNOŚCI PODŁOŻA

Sprawdzenie stateczności na przesunięcie

-

przy wstępnym określaniu wymiarów podstawy fundamentu,

-

przy przeprowadzaniu obliczeń uproszczonych,

-

gdy obliczeniowy kąt nachylenia (w stosunku do pionu) wypadkowej obciążenia 

działającego w podstawie fundamentu jest większy niż φφφφ

(r)

Powierzchnię ścięcia należy przyjmować następująco:

podstawa pozioma – na styku fundamentu i podłoża,

podstawa schodkowa i z ostrogą – w płaszczyźnie poziomej przechodzącej przez 

spód najgłębszego stopnia,

podstawa nachylona – na styku budowli z podłożem, w płaszczyźnie poziomej 

przechodzącej przez najniższy punkt podstawy i w płaszczyźnie, w której ze 
wzgl
ędu na ukształtowanie zbocza może wystąpić najmniejszy opór,

budowla  posadowiona na podsypce kamiennej – na styku podstawy budowli i 

podsypki oraz na styku podsypki i gruntu.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/42

background image

2009-02-03

8

STANY GRANICZNE NOŚNOŚCI PODŁOŻA

Sprawdzenie stateczności na przesunięcie

tf

t

tr

Q

m

Q

Q

tr

– obliczeniowa wartość składowej stycznej (poziomej) obciążenia w płaszczyźnie ścięcia

Q

tf

– suma rzutów na płaszczyznę ścięcia wszystkich sił obliczeniowych przeciwdziałających 

przesunięciu ściany

m

t

= 0,9 – w przypadku obciążenia naziomu q 

≥ 10 kPa

m

t

= 0,95 – w pozostałych przypadkach

W wartości Q

tf

należy uwzględnić tarcie w płaszczyźnie ścięcia, spójność – jeżeli rozpatruje się 

ś

cięcie wewnątrz gruntu lub część spójności (20 – 50%) – jeżeli rozpatruje się ścięcie między 

podstawą fundamentu a gruntem oraz odpór gruntu znajdującego się przed ścianą. Wyznaczając 

odpór należy uwzględnić możliwość okresowych wykopów.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/43

STANY GRANICZNE NOŚNOŚCI PODŁOŻA

Sprawdzenie ogólnej stateczności ściany oporowej i uskoku naziomu

Sprawdzenie należy przeprowadzić wariantowo, wprowadzając dla wartości parametrów 
gruntu w poszczególnych strefach raz współczynniki obliczeniowe zwi
ększające, drugi raz 
zmniejszaj
ące. Dopuszcza się obliczenia uproszczone na parametrach charakterystycznych. 
W obliczeniach nale
ży uwzględnić najbardziej niekorzystne zestawienie sił wynikających z 
obci
ążenia naziomu,ciężaru konstrukcji i gruntu oraz ewentualnych obiektów sąsiadujących, 
wpływ wody gruntowej oraz mo
żliwość wykopów.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/44

STANY GRANICZNE NOŚNOŚCI PODŁOŻA

Sprawdzenie ogólnej stateczności ściany oporowej i uskoku naziomu

Zaleca się stosowanie metod Felleniusa lub Bishopa.

Metoda Felleniusa

u

o

M

m

M

– współczynnik korekcyjny,

M

u

– moment utrzymujący w stosunku do punktu 0

M

o

– moment obracający (ścinający) w stosunku do punktu 0

(

)

R

c

l

G

M

n

i

i

i

i

i

i

u





+

=

=1

tan

cos

φ

α

R

G

M

n

i

i

i

o





=

=1

sin

α

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/45

STANY GRANICZNE NOŚNOŚCI PODŁOŻA

Sprawdzenie ogólnej stateczności ściany oporowej i uskoku naziomu

Metoda Bishopa

Współczynnik m występuje po obu stronach równania.

Należy go wyznaczyć metodą kolejnych przybliżeń.

(

)

[

]

( )

=

=

+

=

n

i

i

i

n

i

i

i

i

i

i

i

G

M

b

u

G

b

c

m

1

1

sin

1

tan

1

α

α

φ

( )

[

]

i

i

i

m

M

α

α

φ

α

cos

tan

tan

1

+

=

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/46

STANY GRANICZNE UŻYTKOWANIA

Stany graniczne użytkowania obejmują:

-

osiadanie całkowite ściany oporowej,

-

żnicę osiadań wywołującą przechylenie ściany oporowej jako całości lub
jej cz
ęści wydzielonej dylatacjami,

-

przemieszczenie poziome ściany oporowej.

Zakres obliczeń stanu granicznego użytkowania:

Obliczenia osiadań i przemieszczeń należy wykonywać dla wszystkich ścian 

oporowych z wyjątkiem przypadków gdy:

a)

w poziomie posadowienia występują grunty skaliste,

b)

w podłożu do głębokości 3B występują Ż, Po, Pr i Ps zagęszczone lub gruntu spoiste w 
stanie półzwartym i twardoplastycznym, a w projekcie nie wymaga si
ę wyznaczania 
parcia i odporu po
średniego,

c)

W podłożu do głębokości 3B występują grunty niespoiste za wyjątkiem Pd i Pπ

π

π

π w stanie 

luźnym oraz grunty spoiste w stanie półzwartym i twardoplastycznym a ponadto h 

≤ 

m, q 

≤ 10 kPa i nie stawia się wymagań dotyczących ograniczenia przemieszczeń.

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/47

STANY GRANICZNE UŻYTKOWANIA

Osiadanie i przechylenie fundamentu na podłożu jednorodnym

Ś

rednie osiadanie

(

)

(

)(

)

0

0

2

2

1

1

1

3

E

q

E

o

ν

ν

π

ν

ϕ

+

+

=

p, q, s – składowe oddziaływań,

E

0

– moduł odkształcenie gruntu,

ν – współczynnik Poissona.

Osiadania krawędzi fundamentu:

Przemieszczenie poziome górnej krawędzi

2

2

2

1

B

s

s

B

s

s

o

o

o

o

ϕ

ϕ

=

+

=

(

)

2

1

75

,

1

ν

=

o

o

E

B

p

s

Ś

rednie przechylenie fundamentu

h

f

o

ϕ

=

2

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/48

background image

2009-02-03

9

STANY GRANICZNE UŻYTKOWANIA

Osiadania średnie i krawędziowe fundamentu na 
podło
żu uwarstwionym

Ś

rednie osiadanie

s

j

– osiadania odpowiednio punktów j = 0, 1, 2,

σ

jzi

– składowa pionowa naprężenia w osi na poziomie z

i

,

M

0i

– edometryczny moduł ściśliwości pierwotnej warstwy i.

2

2

1

1

2

2

1

1

1

1

2

0

1

0

0

p

k

p

k

p

k

p

k

p

k

p

k

zi

zi

zi

+

=

+

=

+

=

σ

σ

σ

=

i

i

jzi

j

M

h

s

0

σ

Przechylenie fundamentu

B

s

s

2

1

=

ϕ

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/49

STANY GRANICZNE UŻYTKOWANIA

Przemieszczenie poziome górnej krawędzi 

ś

ciany oporowej

(

)

B

h

s

s

f

2

1

2

=

Obliczenia osiadań należy prowadzić do 
ębokości na której spełniony jest warunek:

ρ

σ

σ

max

max

3

,

0

z

jz

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/50

STANY GRANICZNE UŻYTKOWANIA

Przemieszczenie poziome podstawy fundamentu f

1

- w przypadku gruntów niespoistych i spoistych o 
współczynniku c

v

> 0,0004

(

)

w

w

v

v

M

k

a

e

k

c

γ

γ

0

0

1

=

+

=

Dla podłoży uwarstwionych poziomo (hi 

≤ h

w

)

Γ

=

0

1

1

E

l

Q

f

H

a

v

– współczynnik ściśliwości,

– współczynnik filtracji,

Dla podłoży jednorodnych

=

Γ

Γ

=

n

i

i

i

i

H

E

E

l

Q

f

1

0

1

0

1

1

2

h

w

– obliczeniowa miąższość 

przemieszczającej się warstwy,

E

0

, E

0i

, E

0I

, E

0II

– moduły odkształcenia 

gruntu przemieszczających się warstw

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/51

STANY GRANICZNE UŻYTKOWANIA

Dla podłoży uwarstwionych pionowo

(

)





+

+

=

w

u

I

II

I

H

h

B

k

E

E

l

E

Q

f

ν

ν

1

1

2

0

0

1

0

1

Γ

i

– funkcja określana przy                  

h

i

– zagłębienie spodu warstwy w stosunku do podstawy fundamentu,

f

1

– przemieszczenie poziome podstawy fundamentu,

Q

H

– obciążenie poziome,

l

1

– długość odcinka obliczeniowego przyjmowana dla układu płaskiego 1,0 m,

k

u

– współczynnik bezwymiarowy równy 1,1 dla piasków i 0,85 dla glin,

l

a

– długość ewentualnych elementów kotwiących lun długość wyparcia klina strefy odporu.

Funkcję 

Γ przy 

B

h

m

w

i

2

=

Γ

określa się z wzoru

(

)

(

)

(

)

(

)

+

+

=

Γ

Γ

Γ

Γ

m

m

m

1

arctan

2

3

1

ln

1

2

1

2

ν

ν

π

ν

B

h

m

i

i

2

=

Γ

(

)

a

w

l

B

h

+

= 4

,

0

G.Horodecki – Fundamentowanie 1

Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

2/52