OBLICZANIE ŚCIANEK SZCZELNYCH

Podobne dokumenty
Ściankami szczelnymi nazywamy konstrukcje składające się z zagłębianych w grunt, ściśle do siebie przylegających. Ścianki tymczasowe potrzebne

Obliczanie i dobieranie ścianek szczelnych.

Projekt głębokości wbicia ścianki szczelnej stalowej i doboru profilu stalowego typu U dla uzyskanego maksymalnego momentu zginającego

Moduł. Ścianka szczelna

Raport obliczeń ścianki szczelnej

PRZEZNACZENIE I OPIS PROGRAMU

Projekt ciężkiego muru oporowego

EGZAMIN Z FUNDAMENTOWANIA, Wydział BLiW IIIr.

Parcie i odpór gruntu. oddziaływanie gruntu na konstrukcje oporowe

Kotwy gruntowe. Wiesława Kosmala Kot Wstęp. 2. Kotwy gruntowe

ZADANIA. PYTANIA I ZADANIA v ZADANIA za 2pkt.

Treść ćwiczenia T6: Wyznaczanie sił wewnętrznych w belkach

Projektowanie ściany kątowej

Projektowanie kotwionej obudowy wykopu

Projektowanie nie kotwionej (wspornikowej) obudowy wykopu

PROJEKT STOPY FUNDAMENTOWEJ

Kolokwium z mechaniki gruntów

Mechanika ogólna Wydział Budownictwa Politechniki Wrocławskiej Strona 1. MECHANIKA OGÓLNA - lista zadań 2016/17

Analiza obudowy wykopu z jednym poziomem kotwienia

Analiza stateczności ścianki szczelnej z zastosowaniem Metody Różnic Skończonych

Wykonawstwo robót fundamentowych związanych z posadowieniem fundamentów i konstrukcji drogowych z głębiej zalegającą w podłożu warstwą słabą.

Mechanika teoretyczna

Analiza ściany oporowej

Mechanika i Budowa Maszyn

Uwagi dotyczące mechanizmu zniszczenia Grunty zagęszczone zapadają się gwałtownie po dobrze zdefiniowanych powierzchniach poślizgu według ogólnego

I OPIS TECHNICZNY Opis techniczny do projektu wykonawczego konstrukcyjnego ścianki szczelnej

Tok postępowania przy projektowaniu fundamentu bezpośredniego obciążonego mimośrodowo wg wytycznych PN-EN Eurokod 7

Analiza stanu przemieszczenia oraz wymiarowanie grupy pali

Pale fundamentowe wprowadzenie

Z1/2 ANALIZA BELEK ZADANIE 2

Egzamin z MGIF, I termin, 2006 Imię i nazwisko

Dr inż. Janusz Dębiński

Podłoże warstwowe z przypowierzchniową warstwą słabonośną.

, u. sposób wyznaczania: x r = m. x n, Zgodnie z [1] stosuje się następujące metody ustalania parametrów geotechnicznych:

Zakres wiadomości na II sprawdzian z mechaniki gruntów:

Projektowanie geometrii fundamentu bezpośredniego

Analiza fundamentu na mikropalach

ZADANIE PROJEKTOWE NR 3. Projekt muru oporowego

BeStCAD - Moduł INŻYNIER 1

Wykorzystanie metody funkcji transformacyjnych do analizy nośności i osiadań pali CFA

OPINIA GEOTECHNICZNA dla zadania Budowa kanalizacji grawitacyjnej wraz z przyłączami w miejscowości GRODZISK WIELKOPOLSKI rejon ul. Górnej, os.

Załącznik D (EC 7) Przykład analitycznej metody obliczania oporu podłoża

ZałoŜenia przyjmowane przy obliczaniu obciąŝeń wewnętrznych belek

Z1/1. ANALIZA BELEK ZADANIE 1

Zadanie 2. Zadanie 4: Zadanie 5:

Z1/7. ANALIZA RAM PŁASKICH ZADANIE 3

(r) (n) C u. γ (n) kn/ m 3 [ ] kpa. 1 Pπ 0.34 mw ,5 14,85 11,8 23,13 12,6 4,32

Stropy TERIVA - Projektowanie i wykonywanie

Osiadanie fundamentu bezpośredniego

Analiza konstrukcji ściany Dane wejściowe

Analiza ściany żelbetowej Dane wejściowe

OPIS TECHNICZNY KONSTRUKCJI I OBLICZENIA.

MECHANIKA BUDOWLI LINIE WPŁYWU BELKI CIĄGŁEJ

ZADANIE PROJEKTOWE NR 3. Projekt muru oporowego

Analiza obudowy wykopu z pięcioma poziomami kotwienia

{H B= 6 kn. Przykład 1. Dana jest belka: Podać wykresy NTM.

RAPORT Z BADAŃ NR LK /14/Z00NK

Analiza przemieszczeń przyczółka mostu posadowionego bezpośrednio w osłonie ścianki szczelnej

1. Dane : DANE OGÓLNE PROJEKTU. Poziom odniesienia: 0,00 m.

Opis programu studiów

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z PRZEDMIOTU: KONSTRUKCJE BUDOWLANE klasa III Podstawa opracowania: PROGRAM NAUCZANIA DLA ZAWODU TECHNIK BUDOWNICTWA

Obliczenia ściany oporowej Dane wejściowe

ĆWICZENIE 7 Wykresy sił przekrojowych w ustrojach złożonych USTROJE ZŁOŻONE. A) o trzech reakcjach podporowych N=3

Projekt muru oporowego

ŻELBETOWE ZBIORNIKI NA CIECZE

Analiza wpływu przypadków obciążenia śniegiem na nośność dachów płaskich z attykami

Narysować wykresy momentów i sił tnących w belce jak na rysunku. 3ql

NOŚNOŚĆ PALI POJEDYNCZYCH

gruparectan.pl 1. Silos 2. Ustalenie stopnia statycznej niewyznaczalności układu SSN Strona:1 Dla danego układu wyznaczyć MTN metodą sił

Ć w i c z e n i e K 3

WIADOMOŚCI WSTĘPNE, PRACA SIŁ NA PRZEMIESZCZENIACH

OPINIA GEOTECHNICZNA pod kanalizację w ul. Żurawiej w SULECHOWIE

DANE OGÓLNE PROJEKTU

Podpory sprężyste (podatne), mogą ulegać skróceniu lub wydłużeniu pod wpływem działających sił. Przemieszczenia występujące w tych podporach są

GEOBART OPINIA GEOTECHNICZNA. Pracownia geologiczna. dla wykonania budynku usługowo - mieszkalnego. mgr Małgorzata Bartosik.

Siły wewnętrzne - związki różniczkowe

Mechanika teoretyczna

gruparectan.pl 1. Metor Strona:1 Dla danego układu wyznaczyć MTN metodą przemieszczeń Rys. Schemat układu Współrzędne węzłów:

Mechanika teoretyczna

NOŚNOŚĆ PALI POJEDYNCZYCH

Przykład Łuk ze ściągiem, obciążenie styczne. D A

KARTA MODUŁU KSZTAŁCENIA

Wewnętrzny stan bryły

Agnieszka DĄBSKA. 1. Wprowadzenie

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

Zestaw pytań z konstrukcji i mechaniki

NOŚNOŚĆ PALI POJEDYNCZYCH

Osiadanie kołowego fundamentu zbiornika

OBLICZENIA STATYCZNE

ĆWICZENIE 2 WYKRESY sił przekrojowych dla belek prostych

Politechnika Białostocka

Hale o konstrukcji słupowo-ryglowej

Wybrane zagadnienia projektowania konstrukcji oporowych

PROJEKT GEOTECHNICZNY

Obszary sprężyste (bez możliwości uplastycznienia)

Wyznaczenie reakcji belki statycznie niewyznaczalnej

WPŁYW UPROSZCZONEGO MODELOWANIA NA WYNIKI ANALIZ NUMERYCZNYCH ŚCIANEK SZCZELNYCH

6. WYZNACZANIE LINII UGIĘCIA W UKŁADACH PRĘTOWYCH

Analiza gabionów Dane wejściowe

Transkrypt:

Budownictwo 22 DOI: 10.17512/znb.2016.1.14 Wiesława Kosmala-Kot 1, Marek Koniecko 1 OBLICZANIE ŚCIANEK SZCZELNYCH Wstęp W artykule przedstawiono sposób obliczania parametrów projektowych dla ścianki szczelnej górą jednokrotnie zakotwionej, zaś dołem swobodnie podpartej. Rozpatrzono ściankę pogrążoną w gruncie niespoistym - piasku drobnoziarnistym (FSa) oraz gruncie spoistym - glinie piaszczystej (SaSiCl). Analizę zmienności przeprowadzono przy założonych głębokościach wykopu (odpowiednio 5,0 i 4,0 m) i dla różnych stanów gruntu (I D = 0,3; 0,5; 0,7; 0,85 I L = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5). Na podstawie przeprowadzonych obliczeń podano wzory do określania maksymalnego momentu zginającego M ; reakcji podporowej R A i położenia miejsca zera wykresu parcia i odporu u oraz głębokości wbicia ścianki szczelnej t w funkcji I D i I L. 1. Krótka charakterystyka metody obliczeniowej Ścianki szczelne składają się z brusów wbitych w grunt, ściśle do siebie przylegających i łączonych na zamki. Ze względu na przeznaczenie ścianki szczelne możemy podzielić na dwie grupy: 1. Ścianki szczelne prowizoryczne lub tymczasowe, które stanowią element pomocniczy, potrzebny tylko w okresie wykonywania wykopu i fundamentu, później są usuwane. Zadaniem ich jest zabezpieczenie wykopu od dopływu wody oraz podtrzymywanie ścian wykopu. 2. Ścianki szczelne stanowiące konstrukcyjną część fundamentu. Ścianki te spełniają różne zadania, jak na przykład: odgradzają w basenie portowym ląd od rejonów wodnych przy nabrzeżach oczepowych i płytowych, uszczelniają podłoże fundamentu we wszelkiego rodzaju budowlach piętrzących wodę, 1 Politechnika Częstochowska, Wydział Budownictwa, ul. Akademicka 3, 42-200 Częstochowa, e-mail: wkot@bud.pcz.czest.pl, mkoniecko@ bud.pcz.czest.pl

150 W. Kosmala-Kot, M. Koniecko w posadowieniach bezpośrednich na gruntach nawodnionych mogą wygrodzić podłoże fundamentów budowli i stanowić ochronę przed wypłukiwaniem najdrobniejszych cząstek gruntu. Głębokość wbicia ścianki szczelnej zależy między innymi od: głębokości wykopu lub uskoku terenu, rodzaju podłoża poniżej dna wykopu, warunków gruntowo-wodnych, wielkości obciążeń przekazywanych na ściankę szczelną (wynikają one z parcia gruntu i wody, obciążenia naziomu, obciążenia podłoża w sąsiedztwie ścianki itp.). Głębokość wbicia ścianki szczelnej ma istotny wpływ na wyniki obliczeń statycznych. Ścianki głębiej wbite są zginane mniejszymi momentami, mniejsze są też reakcje w miejscach podparć. W praktyce stosuje się następujące rozwiązania: ścianki szczelne niepodparte, utwierdzone w gruncie - w tym przypadku ich stateczność zapewnia odpowiednio duża głębokość wbicia poniżej dna wykopu, ścianki szczelnie podparte, jedno- lub wielokrotnie górą, dołem zaś podparte swobodnie lub utwierdzone. Projektowanie ścianek szczelnych przeprowadza się metodami dokładnymi uwzględniającymi przyjęty model podłoża gruntowego, wykorzystując modelowanie MES i odpowiednie programy komputerowe. Można również zastosować metody analityczne znane z rozwiązań mechaniki ogólnej w zależności od przyjętego schematu statycznego czy przybliżone metody graficzno-analityczne, jak choćby metoda Bluma [1-3]. W tych ostatnich punktem wyjścia do obliczeń jest określenie wypadkowego wykresu parcia i odporu jako podstawowego obciążenia konstrukcji ścianek (wykresem tym obciąża się ściankę o danym schemacie statycznym). Uzyskany wykres wypadkowego parcia i odporu pozwala określić miejsce zerowania się tych oddziaływań, kształt ich przebiegu oraz wyznaczyć wypadkowe wartości parcia i odporu jako sił skupionych wraz z ich usytuowaniem geometrycznym. Określając warunki równowagi jak dla dowolnego układu sił, przy ściance swobodnie dołem podpartej potrzebną głębokość wbicia ścianki uzyskujemy z warunku równowagi momentów względem poziomu podpory (ściągu czy belki rozporowej). Wyznaczenie tej wielkości geometrycznej pozwala na obliczenie odporu wypadkowego oraz reakcji w podporze z warunku równowagi rzutów sił na oś poziomą (warunek ten można sprawdzić równowagą momentów względem końca ścianki). Maksymalny moment zginający ściankę oblicza się dla rzędnej uzyskanej z warunku zerowania się sił tnących. Mając tak określone wielkości sił wewnętrznych, można dobrać odpowiedni profil ścianki z warunku zginania oraz określić sposób kotwienia ścianki górą na wielkość siły w podporze. Wyznaczoną głębokość wbicia ścianki z obliczeń zwiększa się o 20% ze względu na warunki bezpieczeństwa, wynika to również z mobilizacji odporu granicznego tylko w górnym odcinku ścianki, a nie na całej długości wbicia poniżej dna wykopu.

Obliczanie ścianek szczelnych 151 Obliczenia ścianki szczelnej jednokrotnie kotwionej metodą graficzno-analityczną Bluma. 1. Wykonuje się wykres obciążeń ścianki przy założeniach: naziom jest poziomy, a ścianka pionowa, pomija się tarcie między ścianką a gruntem. 2. Określa się parcie czynne oraz bierne według wzorów: e z = qk + γzk 2c K z = qk + γzk + 2c K gdzie: z - głębokość poniżej naziomu, γ - ciężar objętościowy gruntu, c - spójność gruntu, K = tg (45 ), K = tg (45 + ), - kąt tarcia wewnętrznego. 3. Powierzchnię wykresu wypadkowego dzieli się na paski, a obciążenie przypadające na poszczególne paski zastępuje się działaniem poziomych sił skupionych. Parcie wody uwzględnia się w przypadku różnicy jej poziomów po jednej i drugiej stronie ścianki, przy czym rozkład tego parcia przyjmuje się w zależności od tego, czy występuje przepływ wody pod ścianką. 4. Wykreśla się wielobok sił i wielobok sznurowy. 5. Wykreśla się zamykającą - w przypadku ścianki wolno podpartej w gruncie - z punktu przecięcia pierwszego promienia wieloboku sznurowego z poziomem podpory prowadzi się zamykającą stycznie do wieloboku sznurowego w dolnej jego części. Punkt styczności wyznacza nam potrzebne zagłębienie t ścianki, które ze względów bezpieczeństwa zwiększa się o 20%: t = u + 1,2x gdzie x - odległość od miejsca zerowego wykresu wypadkowego do spodu paska, w którym występuje punkt styczności zamykającej z wielobokiem sznurowym. Położenie punktu zerowego u wyznacza się z wykresu parć wypadkowych. Przebieg zamykającej pozwala określić z wieloboku sił wartość reakcji w zakotwieniu, zgodnie z warunkiem równowagi sił poziomych. Wartość maksymalnego momentu zginającego oblicza się ze wzoru: M = m H [knm] gdzie: m - maksymalne wychylenie punktów wieloboku sznurowego względem zamykającej wieloboku mierzone poziomo po kierunku działania wydzielonych sił, H - wielkość tzw. siły biegunowej (wysokość wieloboku sił).

152 W. Kosmala-Kot, M. Koniecko Rys. 1. Wykres parcia i odporu, wielobok sznurowy

Obliczanie ścianek szczelnych 153 2. Przyjęte założenia do obliczeń Wykorzystując metodę graficzno-analityczną Bluma, przeprowadzono obliczenia ścianki szczelnej górą jednokrotnie zakotwionej zaś dołem swobodnie podpartej pogrążonej w gruncie niespoistym, (piasku drobnoziarnistym) FSa oraz gruncie spoistym SaSiCl (glina piaszczysta) zaliczanym do gruntów dawnej genezy B. W przypadku gruntu niespoistego przyjęto głębokość wykopu 5,0 m, zaczepienie podpory górą na wysokości 1,0 m p.p.t., obciążenie użytkowe na naziomie q = 100 kn/m 2, stan gruntu opisany został stopniem zagęszczenia i wynosił I D = 0,3; 0,5; 0,7; 0,85. Dokonując analizy dla gruntu spoistego przyjęto głębokość wykopu 4,0 m, zaczepienie podpory 1,3 m, obciążenie użytkowe na naziomie q = 50 kn/m 2, zaś stopień plastyczności opisujący stan gruntu spoistego I L = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5. 3. Wyniki obliczeń Przykładowe rozwiązanie pokazano na rysunkach 1 i 2 dla ścianki pogrążonej w gruncie niespoistym o I D = 0,3. Rys. 2. Wielobok sił W wyniku przeprowadzonych obliczeń poddano analizie zależność maksymalnego momentu zginającego, reakcji podporowej, położenie miejsca zera wykresu

154 W. Kosmala-Kot, M. Koniecko parcia i odporu oraz głębokości wbicia ścianki szczelnej od stopnia zagęszczenia oraz od stopnia plastyczności, dla podanych powyżej założeń. Uzyskane zależności przedstawiono na wykresach, które opisano równaniami, wykorzystując funkcję wykładniczą (rys. 3-8). Parametry zaprezentowanych równań oszacowano dzięki rozwiązaniu zadania optymalizacyjnego, polegającego na minimalizacji odchyleń dopasowanej krzywej od punktów wyznaczonych z metody Bluma. Takie podejście umożliwia określenie postaci funkcji parametrycznej, która w sposób najbardziej zbliżony oddaje kształt badanej zależności. Formalną definicję rozwiązanego problemu przedstawiono poniżej: min y f x ; a gdzie i 1,2,3, j 1,2,3,4 oraz f x; a a a e Tak określone zadanie optymalizacyjne, z uwagi na nieliniową funkcję celu, rozwiązano numerycznie za pomocą uogólnionej metody gradientu zredukowane- go, zaimplementowanej w dodatku Solver do programu Microsoft Excel. M 141,48 199,06 e, Rys. 3. Wykres zależności maksymalnego momentu zginającego od stanu gruntu niespoistego

Obliczanie ścianek szczelnych 155 R 127,03 106,58 e, Rys. 4. Wykres zależności reakcji podporowej w zakotwieniu od stanu gruntu niespoistego h 2,05 3,03 e, u 0,03 0,80 e, Rys. 5. Wykres zależności głębokości wbicia ścianki od stanu gruntu niespoistego

156 W. Kosmala-Kot, M. Koniecko M 29,70 e, Rys. 6. Wykres zależności maksymalnego momentu zginającego ściankę od stanu gruntu spoistego (geneza B) R 61,66 94,42 e, Rys. 7. Wykres zależności reakcji podporowej w zakotwieniu od stanu gruntu spoistego (geneza B)

Obliczanie ścianek szczelnych 157 h 2,10 14,00 e, u 0,06 9,72 e, Rys. 8. Wykres zależności głębokości wbicia ścianki od stanu gruntu spoistego (geneza B) Podsumowanie W zakresie przyjętych do obliczeń przedziałów zmienności parametrów stopnia: zagęszczenia I D i stopnia plastyczności I L przedstawiono wzory do określania makpodporowej, symalnego momentu zginającego ściankę szczelną, wielkości reakcji położenia miejsca zera wykresu parcia i odporu oraz głębokości wbicia ścianki. Dla dowolnych wartości I D i I L potrzebne parametry projektowe można określić w oparciu o podane wzory. Literatura [1] Biernatowski K., Fundamentowanie, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1984. [2] Grabowski Z., Pisarczyk S., Obrycki M., Fundamentowanie, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1993. [3] Puła O., Rybak C., Sarniak W., Fundamentowanie: projektowanie posadowień, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2001. Streszczenie W artykule omówiono metodę graficzno-analityczną Bluma rozwiązania ścianki szczelnej górą jednokrotnie zakotwionej, zaś dołem swobodnie podpartej. Przeprowadzono obliczenia podstawo- wych parametrów projektowych dla przyjętych stanów gruntów niespoistego i spoistego. Wyniki

158 W. Kosmala-Kot, M. Koniecko obliczeń przedstawiono na wykresach, pokazując zależności maksymalnego momentu zginającego ściankę szczelną, wielkości reakcji podporowej, położenia miejsca zera wykresu parcia i odporu oraz głębokości wbicia ścianki szczelnej od stanów gruntów w analizowanych przedziałach zmienności. Zamieszczono wzory pozwalające obliczyć wyżej wymienione parametry projektowe przy zadanym obciążeniu naziomu i przyjętej głębokości wykopu. Słowa kluczowe: ścianka szczelna, metoda graficzno-analityczna Bluma, parametry projektowania ścianki Sheet pile wall calculation Abstract In the article graphical-analytical Blum method for solving single top anchored sheet pile wall bottom support was discussed. Calculation of primary project parameters has been conducted for assumed states of cohesive and non-cohesive soils. Results are presented on graphs and include relation between: maximum bending moment of sheet pile wall, support reaction value, position of 0 state on pressure and resistance graph, sheet pile wall insertion depth versus state of cohesive and non-cohesive soils within analyzed range of variability. Article includes equations allowing to calculate design parameters listed above for given load of cover soil level and excavation depth. Keywords: sheet pile wall, graphical-analytical Blum method, project parameters of wall