Fundamenty specjalnie - opracowanie(1).doc

              Fundamenty specjalne-  zagadnienia do zaliczenia wykładu

1.      Eurokod 7

- metody projektowania geotechnicznego

Projektowanie geotechniczne. Konstrukcję należy zaprojektować i wykonać w taki sposób, aby z właściwie dobranym prawdop. była dostosowana do użytkowania i z odpowiednim stopniem niezawodności przenosiła wszystkie oddziaływania.

Według EC 7:

1.     Najczęściej stosowana – na podstawie obliczeń analitycznych, półempirycznych lub modeli numerycznych. Należy tutaj uwzględnić:

- modele obliczeniowe (analityczny – dokładny z błędem po stronie bezpiecznej, empiryczny/półempiryczny – na podstawie badań i doświadczeń, numeryczny – stosowany gdy stwierdza się zgodność odkształceń lub współpracę i wzajemność oddziaływania budowli z gruntem.

-próbne obciążenia in situ.

- oddziaływania które mogą być przyłożonymi obciążeniami lub zadanymi przemieszczeniami

- właściwości gruntów i skał oraz ich zmianę w zależności od stanu naprężenia i czasu

- dane geometryczne

- graniczne wartości odkształceń i wibracje

2.     Zastosowanie wymagań odpowiednich przepisów ustalonych przez poszczególne kraje, np. głębokości przemarzania, wpływy sezonowe na podłoże spoiste; podstawowe założenia dla przypadków prostych, np. dla I kategorii geotechnicznej.

3.     Z użyciem modeli doświadczalnych lub próbnych obciążeń, najczęściej elementów konstrukcji, np. próbne obciążenie pali, próbne obciążenie kotew gruntowych, badanie modelowe w skali naturalnej lub zmniejszonej.

4.     Postępowanie metodą obserwacyjną. Projekt jest w sposób ciągły weryfikowany podczas budowy. Zasady tej metody obejmują określenie akceptowalnych granic zachowania konstrukcji, np. osiadań, przemieszczeń, sił wewnętrznych, określenie zakresu zachowań prawdopodobnych, ustalenie programu monitorowania i planu działań naprawczych, wdrażanych w przypadku, gdy obserwacje wykażą zachowania wychodzące poza akceptowalne granice.

- oddziaływania geotechniczne

W projekcie geotechnicznym należy uwzględnić następujące oddziaływania:

§   ciężar gruntu (ciężar objętościowy gruntu, ciężar szkieletu gruntowego, ciężar gruntu całkowicie nasyconego wodą, ciężar gruntu z uwzględnionym wyporem wody, ciężar gruntu z uwzględnionym przepływem wody),

§   naprężenia w gruncie(wertykalne, horyzontalne, wtórne, prekonsolidowane),

§   ciśnienie wody wolnej, ciśnienie wody gruntowej, ciśnienie spływowe,

§   statycznie przyłożone i środowiskowe obciążenia konstrukcji,

§   obciążenie naziomu,

§   siły kotwienia lub cumowania,

§   usunięcie obciążenia (odciążenia) lub wykonanie wykopu,

§   obciążenie pojazdami,

§   przemieszczenia spowodowane eksploatacją górniczą lub działalnością związaną z wykonywaniem wykopów lub tuneli,

§   pęcznienie i skurcz od roślin, wpływy klimatyczne lub zmiany wilgotności,

§   przemieszczenia związane z pełzaniem lub osuwiskiem mas gruntu,

§   przyspieszenia i przemieszczenia od trzęsienia ziemi, wybuchów, wibracji i obciążeń dynamicznych,

§   skutki działania temperatur,

§   wystąpienie sprężenia w kotwach gruntowych lub rozporach,

§   parcie poziome gruntu (Parcie geostatyczne - Ea, parcie pośrednie – EI, E0, odpór pośredni – EII,
odpór graniczny - Ep),

§   tarcie negatywne.

- parametry geotechniczne

Nie jestem pewien, co profesor chciałby zobaczyć w tym pytaniu – czy konkretne parametry czy różnice jaką wprowadza EC w ich ustalaniu. Podałem to drugie.

Projektowanie geotechniczne z punktu widzenia aktualnego stanu prawnego nie jest sprawą do końca jasną. Z jednej strony cały czas stosuje się polskie normy budowlane, z drugiej zaś w kwietniu tego roku został wprowadzony Eurokod 7. Już dziś wiadomo, że polskie normy dotyczące badań geotechnicznych zostaną wycofane i projektanci będą zobowiązani do korzystania z ujednoliconej normy europejskiej. Wprowadza ona koncepcję „wartości wyprowadzonych parametrów geotechnicznych”, zobowiązującą projektantów do opracowania relacji między wartościami uzyskanymi z badań polowych i laboratoryjnych, a parametrami wykorzystanymi do projektowania. Wyprowadzone wartości nie muszą mieć odzwierciedlenia w statystyce, co miało miejsce do tej pory. Większego znaczenia nabiera więc rola twórcy dokumentacji, który wykorzystując swoją wiedzę i doświadczenie sam ustala wartości parametrów.

Dobór parametrów wytrzymałościowych gruntu, miarodajnych do obliczeń uzależnia się w EC 7 od warunków pracy podłoża. Rozróżnia się dwa typy warunków:

− „z odpływem”,

− „bez odpływu”

Rozróżnienie obu typów warunków wynika z zależności parametrów wytrzymałościowych gruntu od ciśnienia porowego. W warunkach „z odpływem” zakłada się, że naprężenia w podłożu od konstrukcji nie powodują istotnego wzrostu ciśnienia porowego. Z warunkami takimi mamy do czynienia przy dostatecznie powolnym wzroście naprężeń.

W warunkach „bez odpływu” przyjmuje się, że przyrost naprężeń w gruncie od konstrukcji jest na tyle szybki, że powoduje wzrost ciśnienia wody występującej w porach gruntu, a w konsekwencji redukcję wytrzymałości gruntu. Jako miarodajne do oceny oporu granicznego podłoża w warunkach „z odpływem” w EC 7 zaleca się przyjmować efektywne parametry wytrzymałościowe gruntu: φ′, c′.

W warunkach „bez odpływu” opór graniczny podłoża zaleca się obliczać przy zastosowaniu tzw. wytrzymałości na ścinanie „bez odpływu” - cu. Wytrzymałość ta nie była dotychczas w naszej praktyce przy projektowaniu fundamentów bezpośrednich stosowana. wykorzystywano ją przy projektowaniu pali (stosowano oznaczenie su).

- kategorie geotechniczne

Kategoria geotechniczna – ustalona jest w zależności od warunków gruntowych oraz od rodzaju, charakteru i poziomu skomplikowania konstrukcji, a także:

- czynników charakteryzujących możliwość przenoszenia odkształceń i drgań.

- stopnia złożoności oddziaływań

- stopnia zagrożenia życia i środowiska

- wartości zabytkowej lub technicznej obiektu

W rozumieniu Rozporządzenia Ministra SPRAW WEWNĘTRZNYCH I ADMINISTRACJI w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych rozróżnia się następujące kategorie geotechniczne:

  1)   pierwsza kategoria geotechniczna, która obejmuje niewielkie obiekty budowlane o statycznie wyznaczalnym schemacie obliczeniowym, w prostych warunkach gruntowych, dla których wystarcza jakościowe określenie właściwości gruntów, takie jak:

a)  1- lub 2-kondygnacyjne budynki mieszkalne i gospodarcze,

b)  ściany oporowe i rozparcia wykopów, jeżeli różnica poziomów nie przekracza 2 m,

c)  wykopy do głębokości 1,2 m i nasypy do wysokości 3 m wykonywane zwłaszcza przy budowie dróg, pracach drenażowych oraz układaniu rurociągów,

  2)   druga kategoria geotechniczna, która obejmuje obiekty budowlane w prostych i złożonych warunkach gruntowych, wymagające ilościowej oceny danych geotechnicznych i ich analizy, takie jak:

a)  fundamenty bezpośrednie lub głębokie,

b)  ściany oporowe lub inne konstrukcje oporowe, z zastrzeżeniem pkt 1 lit. b), utrzymujące grunt albo wodę,

c)  wykopy i nasypy, z zastrzeżeniem pkt 1 lit. c), oraz budowle ziemne,

d)  przyczółki i filary mostowe oraz nabrzeża,

e)  kotwy gruntowe i inne systemy kotwiące,

f) tunele w twardych niespękanych skałach nie wymagające specjalnej szczelności i innych wyjątkowych warunków

  3)   trzecia kategoria geotechniczna, która obejmuje:

a)  nietypowe obiekty budowlane niezależnie od stopnia skomplikowania warunków gruntowych, których wykonanie lub użytkowanie może stwarzać poważne zagrożenie dla użytkowników i środowiska, takie jak: obiekty energetyki jądrowej, rafinerie, zakłady chemiczne, zapory wodne, lub których projekty budowlane zawierają nowe, nie sprawdzone w krajowej praktyce, rozwiązania techniczne, nie znajdujące podstaw w przepisach i Polskich Normach,

b)  obiekty budowlane posadawiane w skomplikowanych warunkach gruntowych,

c)  obiekty zabytkowe i monumentalne.

Wyróżnia się następujące rodzaje warunków gruntowych:

·         proste warunki gruntowe – grunty jednorodne, równoległe do powierzchni terenu bez gruntów słabonośnych, organicznych i nasypów niekontrolowanych, przy zwierciadle wód gruntowych poniżej projektowanego poziomu posadowienia oraz przy braku niekorzystnych zjawisk geologicznych.

·         złożone warunki gruntowe – grunty niejednorodne, nieciągłe, obejmujące grunty słabonośne, organiczne lub nasypy niekontrolowane, przy zwierciadle wód gruntowych w poziomie posadowienia i wyżej, lecz przy braku niekorzystnych zjawisk geologicznych.

·         skomplikowane warunki gruntowe – niekorzystne zjawiska geologiczne, zwłaszcza zjawiska i formy krasowe, osuwiskowe, sufozyjne, kurzawkowe, szkody górnicze, delty rzek i obszary morskie.

       2.   Obliczenia fundamentów bezpośrednich na podłożu sprężystym

- modele podłoża   

Modele obliczeniowe podłoża budowlanego:

a)       Modele mechaniczne:

§   statyczne

o        jednokrotne, skończone obciążenie.

§   dynamiczne

o        najczęściej obciążenie wielokrotne, dynamiczne w czasie, np. fundamenty pod maszyny.

§   cykliczne

o        obciążenia powtarzalne,

o        obciążenia cykliczne.

§   reologiczne

o        związane ze zmianą cech fizycznych i mechanicznych w czasie.

b)      Modele wg Gryczmońskiego:

·         analogowe (MA)

o        Winklera (MW)

§         klasyczny

§         uogólniony

o        dwuparametrowe (MDP)

o        inne (IMA)

·         masywu gruntowego (MMG)

o        klasyczne analityczne (MKA)

§         uproszczone (MU)

§         półprzestrzeń i warstwa sprężysta (PIWS)

¨       półprzestrzeń Bousinesqua (zagadnienia: Bousinesqua (ZB), Mindlina (ZM))

o        z wykorzystaniem metody: elementów skończonych (MES), elementów brzegowych (MEB), różnic skończonych (MRS)

§         półprzestrzeń i warstwa sprężysta (PIWS) (jak dla MKA)

§         model ścieżek naprężenia wg Gryczmońskiego

§         modele hiposprężyste, sprężysto-plastyczne, nieliniowo sprężysto-plastyczne

§          

c)       Układ podłoże gruntowe-fundament w zależności od sztywności fundamentu:

§   sztywne

o        nie odkształcają się,

o        mogą ulegać tylko przemieszczeniom,

o        wszystkie elementy takiego fundamentu pracują na ściskanie,

o        opór gruntu pod fundamentami sztywnymi jest zbliżony do liniowego (mogą być sztywne w jednym kierunku, np. ławy).

§   sprężyste

o        stopy fundamentowe o dużej wysokości i ławy sztywne w kierunku poprzecznym,

o        ławy fundamentowe obciążone w sposób ciągły i posadowione na mało ściśliwym podłożu,

o        fundamentu blokowe,

o        ławy fundamentowe obciążone siłami skupionymi o równym rozstawie, gdy nie występują w nich znaczniejsze momenty zginające.

wiotkie

o        pracują na zginanie, odpór gruntu pod tym fundamentem jest krzywoliniowy i proporcjonalny do obciążenia.

Sztywność układu fundamentowego – podłoże gruntowe określamy za pomocą wskaźnika sztywności Kf .

B – szerokość fundamentu

L – długość fundamentu

If – moment bezwładności przekroju poprzecznego fundamentu i konstrukcji związanej z fundamentem

M0 – moduł ściśliwości podłoża (moduł edometryczny)

Ef – współczynnik sprężystości materiału fundamentu i konstrukcji związanej z fundamentem

·         Kf < 1                             – układy sztywne

·         Kf = 1 ÷ 100                            – układy sprężyste

·         Kf  > 100                            – układy „wiotkie”

- sztywność podłoża

Sztywność podłoża charakteryzuje: C – współczynnik sztywności podłoża = obciążenie na jednostkę powierzchni posadowienia powodujące jednostkowe przemieszczenie płaszczyzny posadowienia. Wyznaczyć go można kilkoma metodami. Do najbardziej znanych należą:

- Metoda Florina

C=qśr / Sśr czyli średnie obciążenie/ średnie osiadanie. Jednostka kN/m3

- Metoda Kóglera

- dla klasycznych stóp fundamentowych

Współczynnik m zależy od stosunku h/b

- Metoda Garbunowa-Pasadowa

E0-moduł odkształcenia podłużnego

Przykładowe wartości C:

-grunty słabonośne C=104...