FUNDAMENTOWANIE

FD_SS - w 2

FUNDAMENTY BEZPOŚREDNIE

Wstęp

• Fundament bezpośredni – najniższa część konstrukcji,

przekazująca obciążenie

bezpośrednio

na podłoże gruntowe.

• Podstawa fundamentu opiera się zwykle na dodatkowej

warstwie, tzw. poduszce

chudy beton,

podsypka

piasek, żwir, pospółka

Zadania dodatkowej warstwy:

• lepsze powiązanie fundamentu z podłożem,

• przyspieszenie konsolidacji gruntu spoistego pod fundamentem.

FD_SS - w 2

Podział ze względu na głębokość posadowienia

• Fundamenty płytkie

(

głębokość posadowienia < szerokości

)

a) stopa,
b) ława,
c) płyta,
d) ruszt,
e) skrzynia

• Fundamenty głębokie

– (

wytrzymałe podłoże naturalne występuje na

głębokości > 4m

)



konstrukcja jak dla fundamentów płytkich,



metody wykonania inne

(umacnianie pionowych ścian wykopu,

konieczność walki z napływem wody gruntowej – uszczelnianie ścian)

FD_SS - w 2

Podział ze względu na kształt

•

stopy

(pod pojedyncze słupy, grupowe)

•

ławy

(murowane z cegły, betonowe, żelbetowe)

•

ruszty

•

płyty

•

fundamenty skrzyniowe

•

fundamenty blokowe

FD_SS - w 2

Stopy fundamentowe pod pojedyncze słupy

a) z cegły, b) betonowa trapezowa, c) betonowa

schodkowa, d) płytowa, e) żelbetowa.

Zastosowanie

• rozstaw słupów

> 5 m

• dopuszczalne obciążenie

gruntu w poziomie posadowienia

> 0,10÷0,30 MPa

• w podstawie przeważnie kształt
prostokąta lub kwadratu

= 1:1 ÷ 3:1

FD_SS - w 2

Ogólne zasady projektowania stopy fundamentowej

• stopy z

cegły

lub

kamienia

(

rys. a

)

- zależność między wysokością stopy „h” , a odsadzką „s”:



murowanie na zaprawie cementowej –

h/s ≥ 2



murowanie na zaprawie cementowo-wapiennej –

h/s ≥ 3.

• stopy

betonowe

(

rys. b÷d

)



stosuje się pod słupy niskich budowli (1-2 kondygnacje),



obciążonych siłami

statycznymi

osiowymi



wysokość stóp betonowych określa kąt



dla stóp trapezowych i schodkowych:

= h/s ≥ 2,05 (3,5

bzk

)

0,5



dla stóp płytowych:

= h/s ≥ 1,8 (3,5

bzk

)

0,5

gdzie:

– odpór gruntu,

– obciążenie pionowe od konstrukcji bez obciążenia od

fundamentu i gruntu na fundamencie,

bzk

– wytrzymałość charakterystyczna betonu na rozciąganie.

FD_SS - w 2

• stopy

żelbetowe

(

rys. e

)



stosuje się:



przy większych siłach osiowych,



dla obciążeń mimośrodowych,



dla obciążeń dynamicznych.



ekonomiczna wysokość stopy



przy słupach obciążonych osiowo

h ≥ 0,40 (

–



przy stopach obciążonych mimośrodowo

h ≥ 0,45 (

–

)

FD_SS - w 2



stopy sprawdza się na



przebicie,



momenty zginające.



sprawdzanie na przebicie jest zbędne

, gdy:



dla stóp trapezowych i schodkowych - h ≥ 0,25 (

–



dla stóp płytowych – h ≥ 0,3 (

–



sprawdzanie stóp żelbetowych na przebicie:

≤

gdzie:

wysokość użyteczna rozpatrywanego przekroju,

średnia arytmetyczna obwodu figury geometrycznej, na którą działa

obciążenie i obwodu dolnej podstawy ostrosłupa powstającego przy

założeniu, że rozkład sił następuje pod kątem 45

(

rys.- slide 11

); dolna

podstawa ostrosłupa powinna pokrywać się z płaszczyzną zbrojenia

głównego,

– obliczeniowa wytrzymałość betonu na rozciąganie.

FD_SS - w 2

Wyznaczanie wartości siły „

”

Schemat obliczeniowy stopy

fundamentowej na przebicie: a)

płyta, b) obciążenie mimośrodowe

Przyjmujemy maksymalne obciążenie obliczeniowe

przekazywane na stopę fundamentową,

zmniejszone o wartość obciążenia (odporu gruntu)

przyłożonego bezpośrednio na podstawę

ostrosłupa, przyjmowanego do wyznaczenia

obwodu



Sprawdzanie na przebicie mimośrodowo

obciążonych stóp fundamentowych

max

≤

śr

gdzie:

– powierzchnia wielokąta ABCDEF,

max

– największe krawędziowe naprężenie,

obliczone z uwzględnieniem działania

momentu,

śr

= 0,5 (

)

FD_SS - w 2



Obliczanie zbrojenia na momenty zginające

(działające w płaszczyźnie x-x i y-y)

gdzie:

– dla stóp pod słup betonowy i żelbetowy,

= 0,9

– dla stóp pod słup z cegły,

–

wytrzymałość obliczeniowa stali zbrojeniowej na rozciąganie.

Momenty zginające

dla stóp

obciążonych siłą osiową N

(przy M = 0) oblicza się

wg wzoru:

Przekrój zbrojenia

oblicz się

wg wzoru:

FD_SS - w 2

Zastosowanie ław fundamentowych

• ławy

ceglane



pod budynki

murowane

wysokości 3-4 kondygnacji



posadowione

powyżej poziomu wód gruntowych



na gruncie jednolitym o

dopuszczalnym obciążeniu > 0,2 MPa

• ławy

betonowe



gdy dla ław ceglanych potrzeba więcej niż 4 odsadzki oraz,



gdy

podstawa zanurzona jest w wodzie

• ławy

żelbetowe



pod ścianami ciągłymi lub słupami o rozstawie osiowym < 4-5 m,



na podłożu o

dopuszczalnym obciążeniu > 0,15 MPa

FD_SS - w 2

Obliczanie ław fundamentowych

• Obciążone

równomiernie ścianami

oblicza się jako:

ławy sztywne bez uwzględnienia ich

odkształcalności i sprężystości podłoża

• Obciążone

siłami skupionymi

momentami zginającymi

obciążeniem równomiernym

, z uwzględnieniem ich

odkształcalności i sprężystości podłoża:

do obliczeń stosuje się:

- model

Winklera

- modele

półprzestrzeni

lub

półpłaszczyzny

sprężystej

FD_SS - w 2

Ruszty fundamentowe

Zastosowanie

• na

podłożu słabym

niejednorodnym

o dopuszczalnym obciążeniu

0,1÷0,15 MPa

• na

podłożu mocniejszym

, ale

przy dużych obciążeniach

• wysokość belek rusztu: 1/5÷1/7 ich rozpiętości,

• obliczenia statyczne rusztów – metodą odkształceń zakładając,

że ruszt spoczywa na podłożu wg modelu

Winklera

FD_SS - w 2

Płyty fundamentowe

a) z żebrami u dołu,

b) z żebrami skierowanymi ku górze.

Zastosowanie

•

słabszych gruntach

o dopuszczalnym obciążeniu

0,08÷0,12 MPa

dużych obciążeniach

• gdy chodzi o

wyrównanie osiadań

• przy posadowieniu

poniżej wody gruntowej

Obliczenia:

• płyty fundamentowe o

jednakowej

grubości

pod siatką słupów oblicza się,

dzieląc ją na pasma podłużne i

poprzeczne o szerokości równej

rozstawowi słupów

„układ płytowy zastępujemy belkowym”

• płyty żebrowe o

małych wymiarach

obliczamy jako sztywne

, przyjmując

równomierny rozkład naprężenia w podłożu;

większe – uwzględnić sprężystość podłoża.

FD_SS - w 2

Fundamenty blokowe

Zastosowanie:

•

pod maszyny

urządzenia

w zakładach przemysłowych

(fundamenty młotów, turbozespołów, itp.),

• pod zapory betonowe ciężkie.

Obliczenia:

Fundamenty blokowe jako

absolutnie sztywne

oblicza się przeważnie bez

uwzględnienia sprężystości podłoża.

FD_SS - w 2

•

bezpośrednio wykonane w wykopie



betonowe, żelbetowe oraz ceglane,



bez deskowania lub z deskowaniem,

•

prefabrykowane



prefabrykowane stopy kielichowe,



fundamenty z bloków prefabrykowanych,

•

kombinowane

– do wykonania np. ław jako deskowania używa się

prefabrykowane żelbetowe deski, które wlicza się do konstrukcji

fundamentu po zalaniu betonem.

Podział ze względu na sposób wykonania

a) stopa kielichowa,

b) ława prefabrykowana.

FD_SS - w 2

Fundamenty mogą być wykonane z :

• kamienia,

• cegły,

• betonu,

• żelbetu,

• stali,

• drewna.

Podział ze względu na używany materiał



Kamień

– dobry materiał na fundamenty:

(dobierać kamień odporny na wietrzenie chemiczne)



Cegła

– rzadko stosowana do budowy fundamentów:



głównie pod budynki lekkie murowane,



tylko wtedy gdy podłoże charakteryzuje się dużą nośnością,



gdy nie występuje woda gruntowa,



stosuje się cegłę marki ≥ 100,



w środowisku agresywnym do ochrony fundamentów stosuje się

klinkier.

FD_SS - w 2



Beton i żelbet

– najodpowiedniejszy materiał na fundamenty:



beton

–

jest

odporny na wilgoć

łatwy do kształtowania



należy stosować beton klasy

≥ B15



w fundamentach żelbetowych stosować beto klasy

≥ B30



wada betonu

–

konieczność wykonywania deskowania



beton jest

mało odporny na wody agresywne



stal przy wykonawstwie fundamentów bezpośrednich jest

używana jako materiał pomocniczy

(np. ścianki szczelne)

oraz

jako zbrojenie fundamentów żelbetowych,



Drewno

– używa się do:



deskowań,



wykonywania ścianek szczelnych,



pali drewnianych,



gródź,

zaleta drewna:

łatwość obróbki i odporność na wody agresywne

wada drewna:

nietrwałość powyżej zwierciadła wody.

FD_SS - w 2

•

sztywne



nie odkształcają się,



w układzie fundament-podłoże zachowują się jak ciało sztywne,



zwykle są to:

zwarte bloki betonowe o wymiarach w planie tego

samego rzędu co wysokość bloku

•

sprężyste



takie układy konstrukcyjne, w których stan naprężeń zależny jest od

promieni krzywizn powstających w poszczególnych przekrojach na

skutek działania obciążeń zewnętrznych (w tym oddziaływania podłoża

gruntowego),



obejmują:

belki

płyty

•

wiotkie



nie mają sztywności na zginanie,



obejmują:

podłogi hal przemysłowych

cienkie dna zbiorników

posadowione bezpośrednio na podłożu gruntowym

Podział ze względu na założenia obliczeniowe

FD_SS - w 2

WYBÓR GŁĘBOKOŚCI POSADOWIENIA

FUNDAMENU

Głębokość posadowienia fundamentu zależna jest od:

•

głębokości występowania gruntów nośnych

– minimum

0,5 m

poniżej najniżej przyległego terenu

•

głębokości przemarzania

w gruntach wysadzinowych

– wg PN-81/B-03020 min, minimalna głębokość =

0,8÷1,4 m

•

głębokości rozmycia gruntu

przy fundamentach podpór

mostowych

– (poziom rozmycia dna Wisły w Warszawie -

8÷10 m

)

•

poziomu zwierciadła wody gruntowej

•

wymagań eksploatacyjnych

dotyczących budowli i ich

konstrukcji, np. konieczności podpiwniczenia,

FD_SS - w 2

WYKONAWSTWO

ROBÓT FUNDAMENTOWYCH

Przed przystąpieniem do robót fundamentowych należy

przeprowadzić analizę:

•

projektu technicznego

•

warunków wodno-gruntowych

•

wybranej metody wykonawstwa

organizacji

robót fundamentowych

•

zagospodarowania placu budowy

FD_SS - w 2

Po przeprowadzeniu analizy i wybraniu metody wykonawstwa

przystępuje się kolejno do następujących robót:

•

wytyczenia osi głównych i pomocniczych budowli

oraz

założenia minimum 3 reperów wysokościowych

•

wytyczenia fundamentu

granic wykopu

•

wykonania robót ziemnych

FD_SS - w 2

•

sprawdzenia

czy grunty występujące na ścianach wykopu i

w poziomie posadowienia zgadzają się z danymi podanymi
w dokumentacji,

•

ewentualnego zabezpieczenia ścian wykopu

•

odpompowania wody gruntowej

, jeżeli posadowienie będzie

poniżej zwierciadła wody gruntowej i roboty trzeba będzie
wykonać „na sucho”,

•

wykonania fundamentów

•

zasypania fundamentów

FD_SS - w 2

Polega na

wyznaczeniu

na powierzchni terenu

punktów

pozwalających na utrwalenie:

•

planu fundamentu

•

osi obiektu

•

granic wykopu

Wytyczanie fundamentu i granic wykopu

Punkty te

muszą

być nawiązane do reperów wysokościowych.

FD_SS - w 2

Kolejność postępowania

• Wyznaczenie linii głównych – a-a i b-b,

a-a - linia ściany frontowej,

A - punkt na linii a-a,

b-b - linia prostopadła do a-a,

• Krańcowe punkty linii głównych

przenosimy na „ławy” rozmieszczone w

pewnej odległości od budynku,

• Punkt skrzyżowania linii a-a i b-b

pozwala

odtworzyć punkt A,

• Postępujemy tak samo ze wszystkimi punktami charakterystycznymi

fundamentu utrwalając ich położenie na ławach,

• W identyczny sposób wyznacza się granicę wykopu.

• Przy projektowaniu wykopów fundamentów należy rozważyć problem

nachylenia zboczy wykopu.

FD_SS - w 2

Przy wykonywaniu wykopów fundamentowych należy

przestrzegać zasad

związanych z:

• rodzajem gruntów,

• koniecznością usuwania wody atmosferycznej i gruntowej,

• koniecznością właściwego osuszania dna wykopu,

• koniecznością pozostawiania nienaruszonej warstwy gruntu

na dnie wykopu wykonywanego przy pomocy maszyn,

• koniecznością ochrony dna wykopu przed przemarzaniem,

• koniecznością ochrony dna wykopu chudym betonem lub

żwirem,

• wykonywaniem wykopów w sąsiedztwie istniejących

budynków.

Wytyczne wykonywania wykopów fundamentów

FD_SS - w 2

•

Wykonywanie fundamentu

należy przeprowadzić zgodnie z

przyjętą technologią,

• Przy

odbiorze fundamentów

należy sprawdzać:



zgodność z dokumentacją techniczną usytuowania

fundamentów w poziomie i pionie,



prawidłowość wykonania robót ciesielskich, zbrojarskich i

betonowych,



osiadanie budowli

w ciągu całego okresu budowy

– dotyczy

budowli ciężkich (budynków wysokościowych, kominów

przemysłowych, silosów, chłodni kominowych, itp.)

•

Zasypywanie fundamentu

powinno być wykonywane

dokładnie z ubijaniem gruntu.

Wykonawstwo i zasypywanie fundamentów

FD_SS - w 2

WYKOPY FUNDAMENTOWE

Podział wykopów fundamentowych.

Wykop otwarty z ławeczką

Ze względu na sposób

zabezpieczenia ścian

• otwarte,

• rozparte,

• podparte,

• zakotwione.

Ze względu na szerokość

• wąskoprzestrzenne

szerokość < głębokości

• szerokoprzestrzenne

głębokość < szerokości

FD_SS - w 2

Umacniania ścian wykopów fundamentowych mają za zadanie

zabezpieczenie

ścian wykopu

przed obsunięciem

Wykopy rozparte

• Elementy najprostszych umocnień:



pionowa ściana (obudowa) – przejmuje parcie gruntu,



belki podtrzymujące deski ściany,



rozpory poziome dociskające belki,



podpory pod rozpory w wykopach szerokoprzestrzennych.

• Umocnienia ścian wykopów zależą od:



rodzaju gruntu



nawodnienia gruntu

•

Ścianki szczelne

– często stosowane do umocnień ścian

wykopów.

FD_SS - w 2

Wykopy wąskoprzestrzenne

Rozparcie wykopów

wąskoprzestrzennych

gruntach spoistych

: a) nie nawodnionych,

b) nawodnionych, c) rozpory metalowe; 1- deski poziome, 2- bale podtrzymujące,

3- rozpory

Fazy zabezpieczania ścian wykopu

Umocnienia z deskami

na dotyk

- w gruncie

spoistym

nie nawodnionym

FD_SS - w 2

Zabezpieczenie ścian wykopu

gruntach sypkich suchych

- zabezpieczanie deskami pionowymi,

- podtrzymujące bale są w położeniu poziomym.

Głębokie

pojedyncze

fundamenty

posadowione

bezpośrednio

- stosuje się tzw. metodę górniczą

zabezpieczania ścian wykopu.

Metoda berlińska zabezpieczania ścian

wykopu

FD_SS - w 2

Wykopy podparte i zakotwione

Wykopy podpierane

a) z

podparciem zastrzałami

b) z

zakotwieniem

• Stosuje się, gdy wykop jest szeroki i wprowadzenie konstrukcji

rozpierającej zacieśniałoby wykop.

Wykop szerokoprzestrzenny głęboki

z ławeczkami:

(głębokość wykopu > 3÷5 m)

a) z podparciem zastrzałami,

b) w górnej części z zakotwieniem,

a w dolnej z podparciem

zastrzałami

FD_SS - w 2

Projektowanie obudowy wykopu

Wykres parcia gruntu na umocnienia wykopów –

przy płaskim nie obciążonym naziomie:

a) grunt niespoistych

= 0,6

(45

–

/2)

b) grunt spoistych

(45

–

/2) – 4

Przy wykopach płytkich należy przyjmować wartości p

i p

stałe na całej

wysokości

– parcie jednostkowe

– kąt tarcia wewnętrznego

gruntu,

– opór spójności gruntu

FD_SS - w 2

GĘSTOŚĆ GRUNTU

• Gęstość objętościowa gruntu

jest to stosunek masy

całkowitej próbki m do jej całkowitej objętości V



• Gęstość właściwa szkieletu gruntowego

jest to stosunek

masy szkieletu gruntowego m

do jego objętości V

(uwzględniamy

fazę stałą gruntu czyli szkielet gruntowy)



• Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego

jest to

stosunek masy szkieletu gruntowego m

do całkowitej

objętości gruntu V

(masa fazy stałej do sumy objętości wszystkich faz)



FD_SS - w 2

• Gęstość wody w porach gruntu

jest to stosunek masy

wody w porach m

do jej objętości V



• Gęstość objętościowa gruntu przy całkowitym
nasyceniu próbki wodą

jest to stosunek całkowitej masy

gruntu do jego objętości przy pełnym jego nasyceniu wodą

(nie występuje tu faza gazowa)

sat





gdzie: V

– objętość porów w gruncie

FD_SS - w 2

POROWATOŚĆ GRUNTU

• Porowatość

jest to stosunek objętości porów Vp w

gruncie do jego objętości całkowitej V





• Wskaźnik porowatości

jest to stosunek objętości

porów V

do objętości szkieletu V

-n















FD_SS - w 2

WILGOTNOŚĆ GRUNTU

• Wilgotność

- zawartość wody w gruncie



gdzie:

- masa wody w porach gruntu

- masa szkieletu gruntowego











FD_SS - w 2

Ciężar właściwy gruntu

o porach całkowicie wypełnionych wodą znajdującego się

powyżej zwierciadła wody gruntowej

sat



lub korzystając ze wzoru na porowatość

nρ

n)ρ

(

sat







gdzie:

g - przyspieszenie ziemskie

FD_SS - w 2

PLASTYCZNOŚĆ GRUNTÓW SPOISTYCH

Wilgotność

Stopień

plastyczności

Stan gruntu

Konsystencja

< 0,0

> 1,0

0,0

0,25

0,50

1,0

Zwarty

Pół-

zwarty

Twardo-

plastyczny

Plastyczny

Miękkoplastyczny

Płynny

Zwarta

Plastyczna

Płynna

Granica

skurczalności

Granica

plastyczności

Granica

płynności

w =

w (%)

FD_SS - w 2

Stopień plastyczności gruntu I

jest to stosunek różnicy wilgotności

oraz granicy

plastyczności

do różnicy granicy płynności

i granicy

plastyczności





•

granicę plastyczności

bada się

metodą wałeczkowania

•

granicę płynności

wyznacza się w

aparacie

Casagrande’a

FD_SS - w 2

Wskaźnik plastyczności gruntu I

jest to różnica pomiędzy granicą płynności

a granicą

plastyczności

danego gruntu





wskazuje on ile wody (

w procentach w stosunku do masy

)

wchłania dany grunt przy przejściu pomiędzy tymi stanami.

FD_SS - w 2

ZAGĘSZCZENIE GRUNTÓW NIESPOISTYCH

Stopień zagęszczenia I

jest to stosunek zagęszczenia danego gruntu

największego możliwego jego zagęszczenia

min

max





Stopnie zagęszczenia gruntu

≤ 0,15

- grunt

bardzo

luźny

0,15 < I

≤ 0,35

- grunt

luźny

0,35 < I

≤ 0,65

- grunt

średnio zagęszczony

0,65 < I

≤ 0,85

- grunt

zagęszczony

0,85 < I

- grunt

bardzo

zagęszczony

FD_SS - w 2

CECHY MECHANICZNE GRUNTÓW

Właściwościami mechanicznymi

gruntu

nazywamy te

cechy

, które

decydują

o wielkości i czasie

odkształceń ośrodka gruntowego

Podstawowe cechy mechaniczne gruntu:

• ściśliwość

• wytrzymałość na ścinanie

FD_SS - w 2

ODKSZTAŁCALNOŚĆ GRUNTÓW

• Każdy ośrodek poddanym obciążeniom ulega

odkształceniu

• W gruntach

, które są ośrodkami rozdrobnionymi,

odkształcenia

są

stosunkowo duże

rozłożone w

długim okresie czasu

• Ta właściwość gruntu wymaga wprowadzenia

odpowiednich metod badań i obliczeń odkształceń

gruntu

FD_SS - w 2

Odkształcalność podłoża gruntowego

jest to jego

zdolność

odkształceń objętościowych i postaciowych

w wyniku oddziaływania

czynników zewnętrznych i wewnętrznych

zasadnicze

czynniki zewnętrzne:

obciążenia konstrukcją nośną obiektu budowlanego

FD_SS - w 2

jego

zdolność

zmniejszania objętości

pod wpływem

oddziaływań zewnętrznych, zwłaszcza przyłożonego

obciążenia zewnętrznego

Ściśliwość gruntu

Odprężenie gruntu

zwiększenie

jego

objętości

pod wpływem zmniejszenia

obciążenia zewnętrznego

FD_SS - w 2

WYTRZYMAŁOŚĆ GRUNTU na ŚCINANIE

Nośność podłoża gruntowego

pod fundamentem obiektu budowlanego

zależna jest od

wytrzymałości na ścinanie

warstw gruntów podłoża

obciążenie fundamentem

obciążenie ciężarem gruntu ponad
poziomem posadowienia







Linie wyznaczające powierzchnie ścinania w podłożu gruntowym

FD_SS - w 2

Grunty niespoiste

wytrzymałość na ścinanie wynika tylko z występowania siły

tarcia na powierzchni ścinania

tg Φ

– współczynnik kąta tarcia wewnętrznego

FD_SS - w 2

Grunty spoiste

wytrzymałość na ścinanie wynika z występowania:

siły tarcia

powierzchni ścinania i

sił spójności

pomiędzy cząsteczkami

– reprezentuje siły spójności (oporu) pomiędzy cząsteczkami

