Projekt muru oporowego

Transkrypt

1 Rok III, sem. VI 1 Projekt muru oporowego według PN-83/B Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie. W projektowaniu ściany oporowe traktuje się wraz z fundamentem jako całość. Projekt muru oporowego obejmuje: opis techniczny, obliczenia statyczne, rysunki Opis techniczny: 1. Przedmiot, podstawa i zakres opracowania, 2. Wykorzystane materiały: dokumentacja geotechniczna/geologiczna, projekt budowlany, projekt urbanistyczny, ekspertyzy, normy, literatura. 3. Założenia projektowe, 4. Lokalizacja obiektu, 5. Charakterystyka geologiczno-inżynierska, ogólna charakterystyka morfologiczno-geologiczna (położenie, rzeźba terenu,...), szczegółowe warunki geotechniczne (rodzaj gruntów, stan gruntów miąższość warstw,...) warunki wodne (zwierciadło wody gruntowej, agresywność, sąsiedztwo zbiorników wodnych,...). 6. Opis konstrukcji, - ogólna charakterystyka konstrukcji (rodzaj konstrukcji, schemat, podstawowe wymiary, główne obciążenia). - opis poszczególnych elementów konstrukcyjnych. - opis obliczeń statycznych i metod wymiarowania konstrukcji. 7. Technologia wykonywania konstrukcji, 8. Informacje dodatkowe wyposażenie, 9. Uwagi końcowe. Obliczenia statyczne: 1. Ustalenie parametrów geotechnicznych 2. Przyjęcie wymiarów geometrycznych muru oporowego 3. Zebranie obciążeń.

2 Rok III, sem. VI Zebranie obciążeń pionowych Zebranie obciążeń poziomych (parcie gruntu). 4. Sprawdzenie wymiarów konstrukcji muru oporowego. 5. Sprawdzenie warunków I stanu granicznego sprawdzenie nośności podłoża z uwzględnieniem mimośrodu i nachylenia obciążenia oraz budowy podłoża; sprawdzenie stateczności na obrót; sprawdzenie stateczności na przesunięcie w poziomie posadowienia fundamentu lub w głębszych warstwach podłoża; sprawdzenie ogólnej stateczności ściany oporowej i uskoku naziomu. 6. Sprawdzenie warunków II stanu granicznego Normy: [1] PN-82/B Obciążenia budowli. Obciążenia stałe. [2] PN-B-02479:1998 Geotechnika. Dokumentowanie geotechniczne. [3] PN-88/B Obciążenia budowli. Obciążenie gruntem. [4] PN-86/B Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów. [5] PN-B-02481:1998 Geotechnika Terminologia podstawowa, symbole literowe i jednostki miar. [6] PN-83/B Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie. [7] PN-81/B Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie. [8] PN-B-03264:2002 Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i projektowanie. [9] PN-B-06050:1999 Geotechnika. Roboty ziemne. Wymagania ogólne. Literatuta: Biernatowski K., Dembicki E., Dzierżawski K., Wolski W.: Fundamentowanie. Projektowanie i wykonawstwo. Arkady. Warszawa Dembicki E. i inni Fundamentowanie cz. 1 i 2. Arkady. Warszawa Czarnota Bojarski R., Lewandowski J. Fundamenty budowli lądowych. Arkady Motak E. Fundamenty bezpośrednie. Arkady. Warszawa Kobiak J., Stachurski W. Konstrukcje żelbetowe, tom 3. Arkady, Warszawa Starosolski W. Konstrukcje żelbetowe, tom II. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2003.

3 Rok III, sem. VI 3 TREŚĆ ZADANIA (przykład) Zaprojektować mur oporowy podtrzymujący naziom o wysokości h n = 4,4 m. Projekt wykonać dla dwóch wariantów występowania gruntu pod podstawą fundamentu: I - posadowienie bezpośrednie, II - posadowienie na palach. Obciążenie naziomu: q n = 5 kpa. Rodzaj pali: wiercone Rzędne warstwy [m] Rodzaj gruntu Wariant I Geneza I L /I D warstwy Rzędne [m] Wariant II Rodzaj gruntu Geneza Gp C Gp C Pd Pd Ps Torf: φ = 15 o, c = 5 kpa Poziom wody gruntowej: - [m] Pr 0.66 I L /I D

4 Rok III, sem. VI Ustalenie parametrów geotechnicznych WARIANT I OBLICZENIA STATYCZNE Zasypkę przyjmujemy wg pkt 5.7 normy PN-83/B Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie: grunt niespoisty średniozagęszczony. Przelot [m] Rodzaj gruntu Metoda B ρ [g/cm 3 ] Stan gruntu Geneza (n) φ u (n) c u [kpa] [MPa] [MPa] Gp 2.10 I L = 0,45 C Pd 1.75 I D = 0, Ps 1.90 I D = 0, Zasypka Ps 1.85 I D = 0, M 0 E 0 Wartość obliczeniową parametru geotechnicznego należy wyznaczać wg wzoru: x (r) = γ m x (n), w którym γ m współczynnik materiałowy Współczynnik γ m dla parametru wyznaczanego metodą B lub C wynosi γ m = 0,9 lub γ m = 1,1 przy czym należy przyjmować wartość bardziej niekorzystną Wartości obliczeniowe parametrów geotechnicznych: I warstwa (Gp): ρ (r) = ρ (n) γ m = = 1.89 [g/cm 3 ] [Mg/m 3 ] = 2.31 [g/cm 3 ] [Mg/m 3 ] φ u (r) = φ u (n) γ m = = = c u (r) = c u (n) γ m = = 9.0 kpa = 11.0 kpa II warstwa (Pd): ρ (r) = ρ (n) γ m = = [g/cm 3 ] [Mg/m 3 ] = [g/cm 3 ] [Mg/m 3 ] φ u (r) = φ u (n) γ m = = = III warstwa (Ps): ρ (r) = ρ (n) γ m = = 1.71 [g/cm 3 ] [Mg/m 3 ] = 2.09 [g/cm 3 ] [Mg/m 3 ] φ u (r) = φ u (n) γ m = = = Zasypka (Ps): ρ (r) = ρ (n) γ m = = [g/cm 3 ] [Mg/m 3 ] = [g/cm 3 ] [Mg/m 3 ] φ u (r) = φ u (n) γ m = = = 36.30

5 Rok III, sem. VI Przyjęcie wymiarów konstrukcji Zagłębienie ścian oporowych wg pkt 5.3 (minimum 0,5 m) Minimalne grubości ścian żelbetowych wg pkt 5.1 Rodzaje ścian oporowych: - wspornikowe (ścianki szczelne); - wspornikowe zakotwione; - masywne (z betonu, kamienia lub ceglane); - kątowe (żelbetowe: monolityczne lub prefabrykowane); - kątowe żebrowe (zwykle żelbetowe monolityczne); - z elementami odciążającymi (ze wspornikami lub płytami odciążającymi); - złożone. P 90 Q 1 G 1 Q 2 40 E I Q 3 A O Przyjęte wymiary muru: H n = 4,4 m H = 5,5 m B = 3,8 m h = 0,95 m D = 1,1 m a = 0,4 m szerokość odsadzek: b L = 0,9 m; b P = 0,4 m 380

6 Rok III, sem. VI Zebranie obciążeń 3.1. Obciążenia pionowe Obciążenia od konstrukcji - ciężar własny elementów ściany (Q) Wartości charakterystyczne ciężaru własnego ścian: dla betonu γ b = 24,0 kn/m3 dla żelbetu γ ż = 25,0 kn/m3 Wartości współczynnika obciążeń: γ f = 1,1 (0,9). Obciążenia od gruntu (nad odsadzkami) (G) W zebraniu obciążeń pomijamy ciężar gruntu na odsadzce po stronie niższego naziomu. Wartości charakterystyczne ciężaru objętościowego gruntu określamy na podstawie normy PN-81/B Wartości współczynników obciążeń γ f do określenia wartości obliczeniowych: grunty rodzime 1,1 (0,9), grunt zasypowy 1,2 (0,8) bez kontroli zagęszczenia lub 1,1 (0,9) z kontrolą zagęszczenia. Obciążenie naziomu (obciążenie zmienne) (P) Wartości charakterystyczne obciążenia naziomu podano w temacie. Wartości współczynników obciążeń γ f do określenia wartości obliczeniowych: dla obciążenia naziomu do 2 kn/m 2 γ f = 1,4 (0,0), dla obciążenia naziomu 2 5 kn/m 2 γ f = 1,3 (0,0), dla obciążenia naziomu powyżej 5 kn/m 2 γ f = 1,2 (0,0). Obc. Charakterystyczne wartości obciążeń V k [kn/mb] r O M O γ fmin V min M Omin γ fmax V max M Omax r A M Amin [m] [knm/mb] [-] [kn/mb] [knm/mb] [-] [kn/mb] [knm/mb] [m] [knm/mb] Q 1 4,55 x 0,40 x 25 = Q x 4,55 x 2,10 x 25 = Q 3 3,80 x 0,95 x 25 = G 1 4,55 x 0,40 x 1,85 x 9,81 = P 0,40 x 5,0 = Suma: Ciężar własny ściany oporowej: Q n 1 = (5,5 0,95) 0,40 25 = 45,5 kn/m Q n 2 = ½ (5,5 0,95) (3,8 0,9 0,4 0,4) 25 =119,44 kn/m Q n 3 = 3,80 0,95 25 = 90,25 kn/m Q (r) 1 = 50,05 (40,95) kn/m Q (r) 2 = 131,38 (107,49) kn/m Q (r) 3 = 99,28 (81,23) kn/m Ciężar gruntu na odsadzkach: G 1 n = (5,5 0,95) 0,40 1,85 9,81 = 33,03 kn/m G 1 (r) = 36,33 (29,73) kn/m Obciążenie naziomu: P n = 0,40 5,0 = 2,0 kn/m P (r) = 2,60 (0,0) kn/m Suma obciążeń pionowych - V: V k = 290,22 kn/mb V max = 319,64 kn/mb V min = 259,40 kn/mb

7 Rok III, sem. VI Obciążenia poziome Parcie i odpór gruntu jest oddziaływaniem, którego wartość zależy od przemieszczeń i odkształcalności konstrukcji oporowej. Wartości parcia zależą od przemieszczeń ściany, a przemieszczenia te z kolei są wynikiem miedzy innymi parcia gruntu. Projektowanie ścian oporowych na parcie spoczynkowe (E 0 ) jest zbyt asekuracyjne i raczej niewłaściwe. Parcie takie przyjmuje się dla konstrukcji, które nie ulegają żadnym przemieszczeniom np. ściany tuneli lub dużych kolektorów i rurociągów. Projektowanie z kolei na parcie graniczne (E a ) może być zbyt ryzykowne, gdyż jest ono najmniejsze ze wszystkich parć i występuje dopiero przy znacznych i nieskrępowanych przemieszczeniach ściany. Ściany oporowe powinno się projektować na parcie pośrednie, przyjmowane w przybliżeniu: E I = (E a + E 0 )/2 lub E I = (2E a + E 0 )/3, bądź ustalane dokładniej na podstawie obliczeń iteracyjnych. Obciążenia poziome parcie spoczynkowe Zgodnie z PN-83/B poz K 0 ustala się w zależności od rodzaju gruntu według wzorów (12) i (13): - dla gruntów zasypowych wzór (13): K 0 = [0,5 - ξ 4 + (0,1 + 2ξ 4 ) (5I s 4,15)ξ 5 ] (1 + 0,5tgε) gdzie: ε - kąt nachylenia naziomu do poziomu, ξ 4 - współczynnik zależny od rodzaju gruntu zasypowego, wg tabl. 8 ξ 4 = 0,05; ξ 5 - współczynnik uwzględniający technologię układania i zagęszczania zasypu, wg. tabl. 9 Zagęszczanie zasypki metodą wibracyjną miejscową ξ 5 = 0,95 Materiał zasypki: piasek średni, wilgotny, I D = 0,60 γ (n) = 18,15 kn/m 3 I s - wskaźnik zagęszczenia gruntu zasypowego, wg Pisarczyka: I = 0, ,165 0,60 = 0,954 s I s = 0, , 165 I K 0 = [0,5-0,05 + (0, ,05) (5 0,957 4,15) 0,95] (1 + 0,5 0) = 0,57 D

8 Rok III, sem. VI 8 Obciążenia poziome parcie graniczne czynne Współczynnik parcia granicznego: wg PN-83/B ==> K a = 2 cos β cos ( β + δ ) 2 cos ( β φ) sin ( φ + δ 2 ) sin ( φ ε ) cos( β + δ ) cos( β ε ) Przy założeniach: ściana pionowa (β = 0), naziom poziomy (ε = 0), brak tarcia między gruntem a ścianą (δ 2 = 0) otrzymujemy: K a = tg 2 (45 φ (n) /2) ; φ (n) 33 = 33 K = tg 2 a 45 = 0,295 2 Przyjęto współczynnik parcia pośredniego: KI = (K0 + Ka)/2 = ( )/2 = Jednostkowe charakterystyczne obciążenie poziome ścian: e a = γ (n) (z + h z - h c ) K I ; h z q γ n = = (n) 5,0 1,85 = 0,28 m 9,81 c = 0 h c = 0 z = 0,0 m e I = 1,85 9,81 (0,0 + 0,28 0,0) 0,43 = 2,2 kpa z = 5,5 m e I = 1,85 9,81 (5,5 + 0,28 0,0) 0,43 = 45,1 kpa Wartość charakterystyczna wypadkowej parcia: E I = 0,5 (2,2+45,1) 5,5 = 130,1 kn/m Wysokości zaczepienia wypadkowej parcia ponad poziomem posadowienia: 1 2 2,2 + 45,1 h E = 5,5 = 1,92 m 3 2,2 + 45,1 Wartość charakterystyczna momentu od wypadkowej parcia: MEO = MEA = -1.92m kn/mb = knm/mb Wartość obliczeniowa wypadkowej parcia wg pkt 3.6.6: (E r = γ f1 γ f2 E I ): γ f1 = 1.1 (0.9) dla gruntu rodzimego, γ f1 = 1.2 (0.8) dla gruntu zasypowego, γ f2 = 1.0 w obliczeniach stanów granicznych gruntu, γ f2 = 1.1(0.9) w obliczeniach stanów granicznych konstrukcji, E r = 1,2 1,0 130,1 = 156,12 kn/m

9 Rok III, sem. VI 9 Wartość obliczeniowa momentu od wypadkowej parcia: M Emax = kn/m = knm/mb 3.3. Zestawienie obciążeń Suma obciążeń poziomych - H: H k = E I = 130,1 kn/mb H max = E r = 156,12 kn/mb Suma obciążeń pionowych - V: V k = 290,22 kn/mb V max = 319,64 kn/mb V min = 259,40 kn/mb Suma momentów sił obliczeniowych względem środka fundamentu (punkt O): charakterystyczne: M O (V k,h k ) = 166,48 249,6 = - 83,12 knm/mb obliczeniowe: M O (V max,h max ) = 183,80 299,75 = - 115,95 knm/mb M O (V min,h max ) = 146,77 299,75 = - 152,98 knm/mb charakterystyczne obliczeniowe Kombinacja obciążeń V k, H k, M ok V max, H max V min, H max V max, H=0 pionowe: V [kn/mb] poziome: H [kn/mb] M O (V) [knm/mb] M O (H) [knm/mb] M O (V+H) [knm/mb] mimośród [m] e B = Suma momentów sił obliczeniowych względem krawędzi fundamentu (punkt A): obliczeniowe: M Amax = M A (V min ) M Emax = 639,62 299,75 = 339,87 knm/mb 4. Sprawdzenie wymiarów konstrukcji muru oporowego. Sprawdzenie położenia wypadkowej obciążeń w podstawie fundamentu 4.1. Obciążenia charakterystyczne - Komb. 1 : V k, H k, M O (V k,h k ) e B =M O /V k = 83,12/290,22 = 0,286 m < B/6 (B/6 = 3,8/6 = 0,63 m) 4.2. Obciążenia obliczeniowe - Komb. 2: V max, H max, M O (V max,h max ) e B = M O (V max,h max )/V max = 115,95/319,64 = - 0,363 m < B/6

10 Rok III, sem. VI 10 - Komb. 3: V min, H max, M O (V min,h max ) e B = M O (V min,h max )/V min = 152,98/259,40 = 0,590 m < B/6 jeśli warunek powyższy będzie niespełniony: wypadkowa poza rdzeniem podstawy, dla najniekorzystniejszego układu obciążeń dopuszcza się przekroczenie tego warunku jednak wypadkowa musi znajdować się w rdzeniu uogólnionym podstawy (B/4 = 0,95 m). - Komb. 4: V max, M O (V max ), parcie = 0 jest to kombinacja obciążeń dla fazy wznoszenia konstrukcji, w dokładniejszych obliczeniach należałoby pominąć także obciążenia gruntem prawej odsadzki muru i dodać ciężary pochodzące od elementów deskowań w czasie fazy betonowania konstrukcji. Można założyć z pewnym przybliżeniem, że te obciążenia wzajemnie się skompensują. e B = M O (V max )/V max = 183,80/319,64 = 0,575 m < B/6 5. Sprawdzenie warunków I stanu granicznego NOŚNOŚĆ PODŁOŻA POD PODSTAWĄ FUNDAMENTU Sprawdzenie warunku nośności: N r m Q fnb Komb. 2: V max, H max, M O (V max,h max ) N r = V max N r = 319,64 kn/mb T rb = E r = 156,12 kn/m M rb = M O (V max,h max ) = 115,95 knm/m e B = M rb /N r = m e L = 0 tgδ B = T rb = 156,12/319,64 = 0,49 N r Grunt podłoża muru oporowego: Pd: tgφ r = tg(28.8) = 0,55 ρ (r) D = Mg/m 3 ρ (r) B = 1.69 Mg/m 3 B = B 2 e B = = m;

11 Rok III, sem. VI 11 Q fnb B = + r B + + r B r B L 1 0,3 N c cu ic 1 1,5 N D γ d id Dmin + 1 0, 25 N B γ B B ib L L L Dla fundamentów pasmowych (L/B > 5) mamy: fnb r r r [ N c i + N γ i D + N B i ] Q = B 1 m γ [kn/mb] c u c D d D min B B B Sprawdzenie nośności w poziomie posadowienia: D min = 1.1 m B [m] = 3.80 e B [m] = B' [m] = 3.07 Τ rb [kn] = L [m] = e L [m] = L' [m] = Ν r [kn] = nachylenie podstawy α [deg] = 0.00 B'/L' = 0.03 M rb [knm] = c' (r) [kpa] = 0.00 N C = i C = 0.25 tgδ B = 0.49 φ (r) u = N D = i D = 0.30 tgφ = 0.55 γ (r) B [kn/m 3 ] = N B = 6.22 i B = 0.14 γ (r) D [kn/m 3 ] = m B = 1.97 D min [m] = 1.10 Q fnb [kn/mb] = Warunek nośności: N r m Q fnb = = 320,6 kn < N r = 319,64 kn warunek spełniony Komb. 3: V min, H max, M O (V min,h max ) Komb. 4: V max, H = 0, M O (V max ) dla chętnych na ocenę najlepszą! 5.2. SPRAWDZENIE STATECZNOŚCI NA OBRÓT WG PKT Moment wszystkich sił obliczeniowych powodujących obrót ściany (γ f >1): M 0r = M Emax = kn/m = knm/mb Moment wszystkich sił obliczeniowych przeciwdziałających obrotowi ściany (γ f <1): M uf =M A (V min ) = 639,62 knm/mb Warunek nośności: M 0r m 0 M uf = ,62 = 575,6 knm > M 0r = 299,75 knm warunek spełniony!

12 Rok III, sem. VI SPRAWDZENIE STATECZNOŚCI NA PRZESUNIĘCIE WG PKT m t = 0,9 - w przypadku obciążenia naziomu q n 10 kpa, m t = 0,95 - w pozostałych przypadkach, Obliczeniowa wartość składowej stycznej (poziomej) obciążenia w płaszczyźnie ścięcia (γ f >1): Q tr = E r = 156,12 kn/m Q tf - suma rzutów na płaszczyznę ścięcia wszystkich sił obliczeniowych przeciwdziałających przesunięciu ściany (γ f <1, µ = 0,55). Zakładając brak gruntu z prawej lewej strony muru oporowego (brak sił odporu) siłami przeciwdziałającymi przesunięciu gruntu będą tylko siły tarcia i kohezji w podstawie fundamentu: Q tf = N r µ + c u (r) A p N r = V min = 259,4 kn/mb Tarcie pod podstawą fundamentu przyjmuje się według pktu normy PN-83/B Zakładając, że beton fundamentu będzie układany bezpośrednio na powierzchni gruntu w stanie naturalnym można przyjąć wartość współczynnika tarcia µ = tg φ (r) = tg(28,8) = 0,55. Q tf = N r µ = 259,4 0,55 = 149,7 kn/mb Warunek nośności: Q tr m t Q tf = = 135,5 kn/mb < Q tr = 156,12 kn/mb warunek niespełniony! Uwaga: w takim przypadku należy zaproponować rozwiązanie problemu (uwzględnienie siły odporu gruntu, zastosowanie ostrogi pod fundamentem, nachylenie podstawy, podsypka zwiększająca tarcie ) 5.4. SPRAWDZENIE OGÓLNEJ STATECZNOŚCI ŚCIANY OPOROWEJ I USKOKU NAZIOMU WG PKT I ZAŁĄCZNIKA 3 Wartości działających obciążeń powinny spełniać warunek: gdzie: M o m M u Według normy: obliczenia należy przeprowadzić wariantowo, wprowadzając dla wartości parametrów gruntu w poszczególnych strefach raz współczynniki obliczeniowe zwiększające, drugi raz - zmniejszające

13 Rok III, sem. VI 13 dopuszcza się przeprowadzenie obliczeń uproszczonych, przyjmujących dla parametrów gruntu wartości charakterystyczne (normowe) w obliczeniach należy uwzględniać: najbardziej niekorzystne zestawienie sił wynikających z obciążenia naziomu, ciężaru konstrukcji i gruntu oraz ewentualnych obiektów sąsiadujących, wpływ oddziaływania wody gruntowej (wyporu, ciśnienia spływowego), a także możliwość powstania wykopów osłabiających (np. w czasie robót instalacyjnych) wartości współczynników korekcyjnych m, zależne od rodzajów ściany i sposobu przeprowadzania obliczeń, podano w tabl. 11:

14 Rok III, sem. VI 14