Obliczanie ali obciążonych siłami oziomymi
Obliczanie nośności bocznej ali obciążonych siłą oziomą Srawdzenie sztywności ala Na to, czy dany al można uznać za sztywny czy wiotki, mają wływ nie tylko wymiary ala, ale także cechy otaczającego go odłoża. Najważniejszym jednak arametrem jest w tym rzyadku długość ala. Pale krótkie można zwykle uznać za sztywne. Według autorów normy PN-83/B 02482 (PN-83/B- 02482, 1983) sztywność ali o głowicach swobodnych wyznacza się na odstawie nastęujących zależności:
Zagłębienie srężyste ala: h s = n+4 4 EI Dk w którym: EI -sztywność giętna ala, k x -wsółczynnik odatności bocznej gruntu określany w rzyadku gruntu niesoistego jako: k x = S n x h n ( 750I 2 + 225I + ) D D D 150 γ oraz, dla gruntu soistego: (1 IL) kx = 9600 Sn D S n wsółczynnik uwzględniający stoień naruszenia gruntu w trakcie wykonywania ala
Sosób wrowadzania ala w grunt S n Wbijane w gruntach niesoistych Wwibrowywane w gruntach niesoistych a) dla I D > 0,33 b) dla I D 0,33 Włukiwane w gruntach niesoistych Wykonywane w gruncie a) rura obsadowa wbijana i silnie ubijany beton b) rura obsadowa wwiercana i silnie ubijany beton c) rura obsadowa wwiercana i słabo ubijany beton 1,1 1,1 1,2 0,8 1,15 1,1 0,9
h s = n+4 4 EI Dk x h n Ponadto D oznacza średnicę lub szerokość ala mierzoną rostoadle do kierunku działania siły oziomej, γ jest ciężarem objetościowym gruntu, n jest wykładnikiem otęgi, rzyjmowanym w zależności od rodzaju gruntu, rzy czym dla gruntów soistych rzekonsolidowanych n = 0, zaś dla gruntów niesoistych i gruntów soistych normalnie skonsolidowanych - n = 1. Dodatkowo I D oznacza stonień zagęszczenia gruntu niesoistego, a I L - stonień lastyczności gruntu soistego.
Jeżeli h < 1,5 h s, to ale uznaje się za sztywne, jeśli natomiast h > 3,0 h s, to ale traktuje się jako wiotkie, rzy czym h jest zagłębieniem ala w gruncie. Jeżeli 1,5 hs < h < 3,0 hs, to al zalicza się do kategorii ośredniej, dla której wykonuje się obliczenia zarówno, jak dla kategorii sztywnej jak i dla kategorii wiotkiej.
Podstawowa różnica w obliczeniach omiędzy alami sztywnymi i wiotkimi olega na tym, że w rzyadku ali sztywnych znajduje się wartość granicznej siły owodującej owstanie stanu granicznego w gruncie, natomiast w alach wiotkich zniszczenie ala jako żelbetowego słua na skutek jego zginania może nastąić znacznie wcześniej aniżeli owstanie stanu granicznego w gruncie.
Nośność boczna Schemat statyczny i równania równowagi Ddz z Ddz z H r r z L z u u u = 0 ) ( ) ( + = = r r z L z u u u u dz Dz z Dzdz z e H M 0 ) ( ) ( u (z) - oór graniczny gruntu na głębokości z oniżej owierzchni terenu
Stały oór gruntu u (z) = 0 z 1 ( 2 H u r = + 0D L) H u 2e 2 = (1 + ) + 1 (1 DL L + 2e ) 0 L
Liniowy oór gruntu 0 2 3 12 6 0 0 0 0 0 0 0 0 2 3 = + + + + + L e L z L e L e L z L z L L L L r L L r r + + = L r L r L L u L z L z DL H 0 0 2 0 1 2 1 2 1
Metody szacowania ooru granicznego: Metoda Brinch-Hansena Metoda Bromsa Poulos H.G., Davis E.H. (1980). Pile foundation analysis and design. J.Wiley, New York.
Obliczanie nośności bocznej ali wg PN-83/B-02482 Warunek stanu granicznego H r m H f = m (γ (r) Dh 2 N q i q S q + c u (r) Dh N c i c S c ) H f - obliczeniowa nośność boczna gruntu, m - wsółczynnik korekcyjny, który należy rzyjmować: 0,8 - rzy osadowieniu ali w gruntach niesoistych, 0,7 - rzy osadowieniu ali w gruntach soistych. H r - obliczeniowa siła ozioma rzyadająca na al, N q,n c -wsółczynniki nośności odczytywane z nomogramów w zależności od wartości obliczeniowej kąta tarcia wewnętrznego gruntu i stosunku h/d.
Obliczeniowe wartości arametrów geotechnicznych (z indeksem r u góry) uwzględniają niejednorodność gruntu oraz stoień jego naruszenia w trakcie wykonywania ala i związane są z arametrami charakterystycznymi (z indeksem n u góry) nastęującymi zależnościami: γ ( r ) = 0.9 S n γ ( n ) φ ( r) = 0.8 S n φ ( n ) c (r ) = 0.5 c ( n )
H r m (γ (r) Dh 2 N q i q S q + c u (r) Dh N c i c S c ) S q D1 D = 1+ βq Sc = 1+ 1 βc D D D 1 - długość rzekroju ala, mierzona w kierunku równoległym do kierunku działania siły, β q, β c -wsółczynniki uwzględniające wływ szerokości ala, odczytywane z nomogramów, i q, i c - wsółczynniki uwzględniające wysokość zaczeienia siły nad oziomem terenu, odczytywane z nomogramów w zależności od h H /h
Wyznaczenie maksymalnego momentu zginającego. Pale sztywne o głowicach swobodnych wymiaruje się na obliczeniowy maksymalny moment zginający M max wyznaczony ze wzoru: M max = H r (h H + h u ) Dla głowicy utwierdzonej M max = 0,6 H r (h H + h u ) gdzie: H r - obliczeniowa wartość siły oziomej, h H - h u - wysokość zaczeienia siły oziomej nad oziomem terenu, zagłębienie obliczeniowego oziomu utwierdzenia ala h u 0,4 h s
rzy czym 1.0 cm jest to wartość określona rzez normę jako douszczalna (o ile eksloatacja konstrukcji nie narzuca mniejszej wartości). Przemieszczenia głowicy swobodnej ala sztywnego określa się dla gruntu niesoistego według zależności: y = H H 18 n 1 + 1.33 h 2 k x h h a dla gruntu soistego jako y = 4H n h 1 + 1.50 h hdk x H
Przemieszczenia głowicy utwierdzonej ala sztywnego określa się dla gruntu niesoistego według zależności: y = 2H h 2 k n x a dla gruntu soistego jako: y = Hn Dhk rzy czym 1.0 cm jest to wartość określona rzez normę jako douszczalna (o ile eksloatacja konstrukcji nie narzuca mniejszej wartości). x
Klasyfikacje ali. Technologie alowe
Klasyfikacja ali Ze względu na zastosowany materiał: a) ale betonowe (żelbetowe) b) ale stalowe (z rur zamkniętych, otwartych lub z rofili walcowanych, najczęściej tyu H") c) ale drewniane Ze względu na technologie rzygotowania ali betonowych: a) ale refabrykowane, najczęściej o rzekroju kwadratowym b) ale monolityczne (betonowane w gruncie)
Fundamenty ośrednie ale fundamentowe Ze względu na wymiar średnicy ala: a) ale tyowych średnic - Ø 300 600 mm b) ale wielkośrednicowe - Ø 800 + 1500 mm (1800 mm) c) mikroale - Ø 100-250 mm
Fundamenty ośrednie ale fundamentowe Ze względu na technikę wrowadzania w grunt a) ale wbijane b) ale wiercone c) ale wciskane statycznie d) ale wwibrowywane e) ale wwiercane f) ale wkręcane g) ale iniekcyjne
Fundamenty ośrednie ale fundamentowe Ze względu na sosób rzekazywania obciążeń na grunt: a) ale rzekazujące obciążenia na grunt zarówno rzez oór odstawy jak i tarcie na obocznicy b) ale stojące - oarte odstawą na skale lub bardzo mocnym gruncie c) ale zawieszone - rzekazujące głównie obciążenia rzez tarcie na obocznicy
Fundamenty ośrednie ale fundamentowe Ze względu na wływ na strukturę gruntu wokół ala: a) ale rzemieszczeniowe - całkowicie rozychające grunt na boki (wbijane, wciskane statycznie, wwibrowywane, wkręcane) b) ale ółrzemieszczeniowe - częściowo rozychające grunt na boki, częściowo wynoszące go na zewnątrz (ale wwiercane, niektóre iniekcyjne) c) ale nierzemieszczeniowe - nie zmieniające struktury gruntu - całkowicie wynoszące urobek na zewnątrz (ale wiercone, niektóre ale iniekcyjne)
Fundamenty ośrednie ale fundamentowe Najbardziej znane technologie wykonywania ali Pale wbijane refabrykowane Pale wbijane Vibro" Pale wbijane Franki" Pale wiercone w rurach obsadowych Pale wiercone w zawiesinie iłowej Pale wiercone Wolfscholza" Pale wwiercane CFA Pale wkręcane Atlas" Pale wkręcane Omega" Pale wkręcane,,tubex' Pale wbijane i wwibrowywane z rur stalowych zamkniętych i otwartych Mikroale wciskane Mega" Mikroale iniekcyjne Pale iniekcyjne,jet-grouting"
Wymiary 30x30, 35x35, 40x40, 45x45 Technologie alowe Pale refabrykowane wbijane
Pale refabrykowane wbijane
Średnice: 38, 41, 46, 51, 56, 61 Pale wbijane Vibro
Średnice: 38, 41, 46, 51, 56, 61 Pale wbijane Vibrex
Średnice: 42, 52 Pale wbijane Franki
Pale wbijane Franki
Średnice: 30, 35, 40 Pale wiercone Wolfsholza
Pale wiercone w rurze obsadowej
Pale wiercone w zawiesinie iłowej
Pale wiercone CFA Średnice: 30, 35, 40, 50, 60, wielkośrednicowe