PROJEKT ZABEZPIECZENIA USKOKU NAZIOMU ZA POMOCĄ ŚCIANKI SZCZELNEJ KOTWIONEJ

Transkrypt

1 ok I, sem. II, BiED 1 ĆWICZENIE N 1 POJEKT ZABEZPIECZENIA USKOKU NAZIOMU ZA POMOCĄ ŚCIANKI SZCZELNEJ KOTWIONEJ Zalecana literatura: 1. Dembicki E.,... - praca zbiorowa; Funamenty. Arkay, W-wa Jarominiak A., Lekkie konstrukcje oporowe. WKiŁ, Warszawa 1999, Wy Grabowski Z., Pisarczyk S., Obrycki M. - Funamentowanie, Oficyna Wy. Politechniki Warszawskiej, wy. 5, 2005 Cel pracy: Zaprojektować stalową konstrukcję ścianki szczelnej la anych przestawionych poniżej. Dane o projektu H = 5.8 m q n = 12 kpa zęne warstwy [m] Warunki geotechniczne ozaj gruntu I L /I D Gπ Ps Pr 0.75 Poziom woy gruntowej: 6.00 [m ppt] Projekt powinien zawierać: 1. Opis techniczny. 2. Obliczenia statyczno - wytrzymałościowe a) obliczenie parcia i oporu gruntu b) obliczenie zagłębienia ścianki t c) obliczenie siły w zakotwieniu S i momentu zginającego w brusach M max ) zwymiarowanie elementów konstrukcyjnych: brusów, kleszczy, kotwy iniekcyjnej. 3. ysunki ys. 1 Przekrój pionowy ścianki z opisem elementów, wymiarami i rzęnymi (1:50) ys. 2 Przekrój poziomy przez ściankę (1:10 lub 1:20) ys. 3 Szczegół połączenia kleszczy i kotwy z brusami. ysunki pomocnicze o obliczeń! Termin oania projektu: r.

2 ok I, sem. II, BiED 2 q n kleszcze zakotwienie zwg H brusy t Ze wzglęu na sposób zabezpieczenia uskoku naziomu zieli się je na: bez zabezpieczenia ścian; rozparte; poparte; zakotwione. Ściankami szczelnymi nazywa się ściany złożone z połużnych elementów rewnianych, stalowych lub żelbetowych, zagłębionych w grunt, ściśle jeen obok rugiego. Ścianki szczelne pracują jako płyty pionowe, obciążone głównie siłami poziomymi. Zaaniem ścianek szczelnych jest ogrozenie wykopu funamentowego lub potrzymaniu uskoku naziomu. Zapobiegają również przenikaniu woy gruntowej i samego gruntu o wykopu stanowiąc pionową szczelną przesłonę. Ścianki szczelne mogą wchozić w skła buowli trwałych jako ich część lub główny element konstrukcyjny bąź stanowić konstrukcję tymczasową. Najczęściej stosowane są trzy postawowe rozwiązania konstrukcji ze ścianek szczelnych: ściany wspornikowe, przenoszące parcie gruntu zięki zamocowaniu olnych części grozic w położu, z płytami ociążającymi, ścianki poparte jeno lub wielokrotnie.

3 ok I, sem. II, BiED 3 Ścianki wspornikowe: o wys. o 3m (wyjątkowo o 5 m); prostota rozwiązania, stosowane w przypaku, gy położe stawia uże opory wbijania. (ich stateczność zapewnia opowienio uża głębokość wbicia poniżej na wykopu) Zaleca się je stosować w konstrukcjach tymczasowych, niebezpieczeństwo użego przyrostu sił wewnętrznych, poziomych przemieszczeń i ugięć ścianek. przypaki: Głębokość wbicia ścianek popartych może być zróżnicowana, zazwyczaj rozpatruje się wa wbicie na minimalną głębokość wynikającą z warunku stateczności zapewniającą tzw. przegubowe poparcie w gruncie, wbicie na głębokość zapewniającą jej utwierzenie w gruncie. Największy zakres przyatności mają ścianki szczelne, zakotwione w górnej części i z zamocowaną w położu częścią olną. Zakotwienie ścianki zawiera urzązenie kotwiące oraz cięgno łączące z nim ściankę szczelną. Urzązenie kotwiące przekazuje siłę z cięgna na grunt. stosowane są zwykle następujące omiany urzązeń: bloki betonowe;

4 ok I, sem. II, BiED 4 pionowe płyty żelbetowe; lub z ocinków grozic; pale kozłowe; buławy iniekcyjne (kotwy iniekcyjne). Współcześnie stosuje się najczęściej ścianki kotwione kotwami iniekcyjnymi. Iniekcyjna kotwa gruntowa to konstrukcja w postaci cięgna, umieszczona w owierconym otworze w gruncie, następnie połączona zaczynem cementowym. Tworząc poział kotew, kryteriami mogą być: materiał: a) kotwy prętowe, b) kotwy linowe (splotowe), czas użytkowania: a) kotwy stałe (o wymaganej trwałości pona 2 lata), b) kotwy tymczasowe ( o wymaganej trwałości o 2 lat), kotwy z iniekcją pojeynczą, kotwy iniektowane wielokrotnie, kotwy o gruntów ziarnistych, kotwy skalne, kotwy bierne, gwoźzie gruntowe, kotwy jenobuławowe, kotwy wielobuławowe.

5 ok I, sem. II, BiED 5 W buławie powinno się stosować, na jej ługości, pręty żebrowane lub profilowane, liny lub rury ściskane w celu zakotwienia cięgna. ozaje cięgien stalowych: ruty hartowane i obrabiane cieplnie, żebrowane poczas walcowania na gorąco, ruty ciągnione na zimno, a następnie profilowane, liny splatane z siemiu rutów, pręty żebrowane. Powierzchnia wzglęna zgona z Eurokoem 2. f r prętów żebrowanych lub profilowanych oraz rutów powinna być W kotwach tymczasowych można stosować stal sprężającą głaką, ze specjalnymi elementami kotwiącymi lub bez nich, tylko jeśli przestawiciel techniczny inwestora wyrazi na to zgoę. Nośność zakotwienia iniektowanego zależy o rozaju i parametrów gruntu w jakim umieszczona jest buława, o ciśnienia iniekcji i technologii wykonania. Mniejszy wpływ ma śrenica i ługość buławy. Zwiększanie ługości buławy pona 6 8 m jest nieopłacalne, gyż nie zwiększa to już jej nośności kotwiącej. Śrenice buław wahają się o 15 cm o 20 cm. Najczęściej w projekcie poaje się potrzebną nośność zakotwienia, a wykonawca specjalistyczna firma obiera opowienie parametry zakotwienia na postawie własnych oświaczeń i własnych meto obliczeniowych. Oprócz tego nośność zakotwień zawsze weryfikuje się na miejscu buowy za pomocą próbnych obciążeń.

6 ok I, sem. II, BiED 6 Kleszcze

7 ok I, sem. II, BiED Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe. Parametry geotechniczne [PN-81/B Grunty buowlane Posaowienie bezpośrenie buowli Obliczenia statyczne i projektowanie] zęne warstwy [m] ozaj gruntu I L /I D γ [kn/m 3 ] γ s [kn/m 3 ] w [%] n γ [kn/m 3 ] φ c [kpa] K a [kpa] K p [kpa] Gp (A) ,6 26, ,32 11,2 16,0 28 0,568 1, Ps ,6 25, ,38 10,0 33,0-0,295 3, Pr ,1 25, ,36 10,3 35,0-0,271 3,690 Poziom woy gruntowej: 6.00 [m ppt] Gęstość objętościowa gruntu z uwzglęnieniem wyporu woy ( n)( γ s γ w ) = γ sat γ w γ ' = 1 ρ s ρ n = ρ s e wsat ρ = = 1 + e ρ Obliczenie parcia i oporu: w ( ) ( ) ρ s 1+ w ρ = ρ 1 + w Dla parcia: K a = tg 2 (45 φ/2) (δ = β = ε = 0) s Obliczenia statyczne w ProSheet 2.2 [

8 ok I, sem. II, BiED 8

9 ok I, sem. II, BiED 9 Projektowanie iniekcyjnych kotew gruntowych Z racji złożoności projektowania koty gruntowe zaliczane są o rugiej kategorii geotechnicznej. W praktyce często stosuje się metoy półempiryczne, wykorzystując ane oświaczalne i uzyskane po weryfikacji wyników baań. Zaleca się sporzązić pełen wykaz stanów granicznych, które powinny być sprawzone. Zgonie za zaleceniami Eurokoów 1, 2 i 7, a także normy PN-EN 1537:2002 należy rozważyć następujące stany graniczne: zniszczenie głowicy albo cięgna kotwy wywołane namiernymi naprężeniami, czyli zerwanie cięgna kotwy, zniszczenie głowicy w efekcie okształcenia lub ziałania korozji, zniszczenie kotwy w obszarze styku zaczynu buławy z gruntem, przekroczenie wytrzymałości na ścianie gruntu, zniszczenie połączenia stalowego cięgna z zaczynem buławy, wyrwanie cięgna z buławy, utracenie siły kotwiącej na skutek namiernego przemieszczenia głowicy kotwy, albo na skutek pełzania oraz relaksacji, niszczenie albo namierne okształcenie konstrukcji kotwy, spowoowane złożoną siła kotwienia, utrata ogólnej stateczności popieranego masywu gruntu oraz konstrukcji oporowej, wspólne oziaływanie grupy kotew oraz położa gruntowego i przyległych buowli.

10 ok I, sem. II, BiED 10 Poane wyżej kombinacje stanów granicznych w oniesieniu o całej konstrukcji powinny być sprawzone we wszystkich rozajach kotwionych konstrukcji. W praktyce równa się to konieczności wykonania następujących obliczeń projektowych oraz sprawzających: sprawzenie wewnętrznej nośności kotwy, określenie ługości zakotwienia cięgna w buławie ze wzglęu na wytrzymałość cięgna oraz materiału buławy kotwiącej, sprawzenie zewnętrznej nośności kotwy, określenie ługości oraz śrenicy buławy ze wzglęu na wytrzymałość na ścinanie gruntu, w którym buława jest uformowana, sprawzenie stanu użytkowalności kotwy, wyznaczenie całkowitej ługości kotwy i wolnej ługości cięgna ze wzglęu na stateczność bryły ołamu, obliczenie swobonej ługości kotwy L app po wykonaniu baań, określenie naciągu blokowania kotwy. Zewnętrzną nośność kotwy należy wyznaczać na postawie wyników baań wstępnych albo kontrolnych, wyników baań geotechnicznych albo opierając się na oświaczeniach w poobnych warunkach gruntowych. Najmniejsza swobona ługość kotwy oraz wartość naciągu blokowania są wyznaczane na postawie projektu kotwionej konstrukcji. Wyznaczona wartość naciągu blokowania P 0 powinna być taka, by naciąg kotwy P w czasie całego okresu użytkowania kotwionej konstrukcji był poniżej granicy: P 0,65P tk P tk - charakterystyczna nośność cięgna. Naciąg blokowania powinien spełniać nierówność: P0 0,60P tk Projektowanie w stanie granicznym nośności Każa kotwiona konstrukcja powinna być sprawzona w stanie granicznym nośności, uwzglęniając oziaływania oraz przyjęte sytuacje obliczeniowe. Wszystkie stany graniczne nośności onoszące się o kotwionej konstrukcji powinny być rozpatrzone. Jeżeli rozpatrywany jest graniczny stan równowagi statycznej albo graniczny stan użych przemieszczeń konstrukcji, traktowanej jako sztywny blok, to powinno się sprawzić: E E, st, stb

11 ok I, sem. II, BiED 11 E, st - wartość obliczeniowa sił wywracających, E, stb - wartość obliczeniowa sił utrzymujących. Jeżeli rozpatrywany jest stan graniczny zniszczenia albo stan graniczony użych okształceń w przekroju, albo w połączeniu kotwy iniekcyjnej, powinno się sprawzić, czy: - E E - wartość obliczeniowa oziaływania kotwy, opowienia nośność (wytrzymałość) obliczeniowa, łącząca wszystkie właściwości konstrukcyjne z ich wartościami obliczeniowymi. konstrukcji Wyznaczając wartość obliczeniową sił utrzymujących E, stb oraz wytrzymałość kotwionej, powinno się zastosować wytrzymałość obliczeniową gruntu z Eurokou 7 i wytrzymałości obliczeniowe materiałów konstrukcyjnych poane w Eurokoach 2 i 3. Jeżeli zaprojektowano różne materiały konstrukcyjne współziałające ze sobą, to w wyznaczaniu wytrzymałości obliczeniowej powinno się uwzglęnić zgoność ich zależności naprężenieokształcenie. Przy wyznaczaniu wytrzymałości gruntu należy stosować najmniej korzystną wartość obliczeniowa, górna lub olna. Nośność kotwy Jeśli kotew jest rozciągana: k = γ zależna jest o sposobu jej obciążenia w rozpatrywanym stanie granicznym. k - mniejsza z wartości nośności wewnętrznej i zewnętrznej kotwy, γ - częściowy współczynnik bezpieczeństwa nośności kotwy. Częściowy współczynnik γ uwzglęnia: zmienność właściwości gruntu w anej strefie, zmienność wymiarów oraz parametrów części skłaowych kotwy, zmienność w wykonaniu kotwy. Dla wszystkich kotew współczynnik γ γ 1,35 (5.5) powinien spełniać niżej wymienioną nierówność:

12 ok I, sem. II, BiED 12 Jeżeli iniekcyjna kotew gruntowa jest nie tylko rozciągana, ale również poana ziałaniu sił ścinających oraz zginaniu to: = γ P q 0 γ q - współczynnik zmienności naciągu kotwy. Współczynnik zmienności naciągu kotwy γ q uwzglęnia straty naciągu kotwy iniekcyjnej mięzy momentem początkowego zablokowania kotwy a wystąpieniem rozpatrywanego stanu granicznego, wywołane przez: relaksację w cięgnie, pełzanie buławy kotwy, przemieszczenia kotwionej konstrukcji w głowicy kotwy, przemieszczenia konstrukcji traktowanej jako element sztywny w rozpatrywanym stanie granicznym. Często wartości współczynnika γ q zawarte są w zakresie o 0,8 o 1,1, lecz mogą przyjmować wartości większe. Charakterystyczna nośność wewnętrzna kotwy cięgno kotwy: Charakterystyczną wewnętrzną nośnością kotwy ik = Ptk = At ftk A t - powierzchnia przekroju poprzecznego cięgna kotwy, ftk - charakterystyczna wytrzymałość na rozciąganie cięgna kotwy. ik jest charakterystyczna siła zrywająca Projekt, konstrukcja oraz wykonanie kotwy powinny gwarantować, iż wytrzymałość na zerwanie głowicy kotwy i wytrzymałość na wyrwanie cięgna z buławy bęą większe albo równe o P tk. Charakterystyczna nośność zewnętrzna kotwy Nośnością zewnętrzną kotwy a nazywamy graniczny opór pobocznicy buławy w styku buławy z gruntem. Jest ona równa naciągowi powyżej, którego występuje pełzanie oraz po pewnym czasie wyrwanie buławy kotwy.

13 ok I, sem. II, BiED 13 Nośność kotwy oceniana jest poczas baań, a we wstępnej fazie projektowania powinno się wyznaczyć parametry buławy. Korzysta się o tego z wielu wzorów empirycznych, sformułowanych na postawie wyników baań kotew wykonanych w różnorakich warunkach geotechnicznych. W Polsce stosowane są wzory opracowane przez M. Bustamante: = π D L q a B tb s D B - projektowa śrenica buławy kotwy, L tb - projektowa ługość buławy kotwy, q s - jenostkowy opór pobocznicy buławy. Śrenica buławy zależy o sposobu przeprowazania iniekcji i rozaju gruntu oraz zaleca się przyjmować niżej wymienioną zależność: D B = α D D w - śrenica otworu wiertniczego, w α - współczynnik korekcyjny uwzglęniający liczbę etapów iniekcji, rozaj gruntu i objętość wtłoczonego zaczynu. Projektowanie w stanie granicznym użytkowalności Sprawzanie oraz projektowanie kotwionej konstrukcji w stanie granicznym użytkowalności (SLS) należy przeprowazać poprzez sprawzenie sytuacji obliczeniowych, z zastosowaniem charakterystycznych wartości o oziaływań, anych geometrycznych oraz parametrów gruntu. Wartości graniczne opuszczalnych przemieszczeń oraz okształceń kotwionej konstrukcji i przyległego terenu należy określać zgonie z Eurokoem 7 uwzglęniając tolerancję na przemieszczenia oraz obrót potrzymywanej konstrukcji. Ewaluacja przemieszczeń oraz obrotu konstrukcji kotwionej i ich wpływu na potrzymywane konstrukcje oraz na instalacje powinna być przeprowazona zgonie z oświaczeniami z poobnych obiektów. Należy uwzglęnić wpływ wykonania kotwionej konstrukcji. Należy także sprawzić, czy oszacowane przemieszczenia nie przekraczają wartości granicznych. Jeżeli owe przemieszczenia są większe o granicznych to rozwiązanie należy uzasanić poprzez barziej szczegółową analizę obejmującą kalkulacje wartości tych przybliżeń. Należy przeprowazić szczegółową analizę przemieszczeń oraz obliczenia, gy oszacowane ich przemieszczenia przekraczają wartości graniczne o więcej niż 50%. Wykonuje się to w następujących przypakach:

14 ok I, sem. II, BiED 14 gy sąsiaujące obiekty oraz instalacje miejskie są szczególnie wrażliwe na przemieszczenia, gy konstrukcja kotwiona zagłębiona jest na całej swej wysokości w miękkoplastycznych gruntach spoistych albo na nich posaowiona, gy nie ma innych, poobnych oraz porównywalnych oświaczeń. Poczas obliczania przemieszczeń powinno się uwzglęnić: poatność położa, sztywność kotew gruntowych oraz innych elementów konstrukcyjnych i kolejność wykonywania robót. Długość całkowita kotwy Długością całkowitą kotwy nazywamy swoboną ługość kotwy L free i ługość buławy iniekcyjnej L fixe umieszczona w strefie nośnej poza klinem ołamu albo poza strefą gruntów nienośnych. By zapewnić jak najlepsze osazenie żerzi, buławę iniekcyjną powinno się umieścić minimum 2 metry za powierzchnią ołamu By zaprojektować ługość wolną należy: 1. Wyznaczyć klin ołamu ϕ γ = γ kąt nachylenia powierzchni ołamu, ϕ kąt tarcia wewnętrznego gruntu. 2. Wyznaczyć głęboką powierzchnię poślizgu γ K γ K 2 = ϕ 3 kąt nachylenia głębokiej powierzchni poślizgu, ϕ kąt tarcia wewnętrznego gruntu. 3. Sporzązić rysunek, z zastosowaniem obliczonych we właściwej skali: klin ołamu oraz głęboką powierzchnię poślizgu i oznaczyć wyznaczony poziom kotwienia (punkt A). 4. Z punktu kotwienia A, narysować prostą po opowienim kątem α = (10 35 ), aż o przecięcia z linią wyznaczającą głęboką powierzchnię poślizgu. Miejsce przecięcia (punkt B) wyznacza śroek projektowanej buławy iniekcyjnej. 5. Wyznaczyć ługość L (ocinek pomięzy punktem A i B). 6. Ze wzoru obliczyć ługość całkowitą kotwy:

15 ok I, sem. II, BiED 15 L Lc = L ' + 2 fixe Lc całkowita ługość kotwy, L' oległość mięzy punktem kotwienia a śrokiem buławy iniekcyjnej, L fixe ługość buławy iniekcyjnej (5.12) ys. Schemat wyznaczania ługości całkowitej kotwy Obliczenia urzązenia kotwiącego S K1 = S l/cosα S = 63,41 kn/m ozstaw kotew: l = 2,4 m S K1 = 63,41 2.4/cos30 = 175,7 kn S 1 = S K1 2,5 = 439,2 kn Kotwy prętowe SAS: Dobór kleszczy: Belka ciągła: M k, max =, 1 0 q l 2 q = S/cosα = 73,2 kn/m M,max σ = e,min = 240 MPa W M W,max e,min M,max = M k,max 1,5 =

16 ok I, sem. II, BiED 16