prezentacja programu powerpoint - strona główna aghhome.agh.edu.pl/~cala/prezentacje/2_spw.pdf ·...
TRANSCRIPT
Ścianki szczelne
W prezentacji tej obszernie korzystałem z materiałów dokumentacyjnych zebranych przez mgra inż. Sebastiana Olesiaka, za co mu jeszcze raz tą drogą składam podziękowanie.
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianki szczelneŚcianki szczelne to lekkie konstrukcje oporowe złożone z podłużnych elementów drewnianych, stalowych, żelbetowych lub PVC zagłębianych w grunt ściśle jeden obok drugiego, tak by całość stanowiła szczelną płytę obciążoną siłami poziomymi niekiedy również siłami pionowymi
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianki szczelne
Ścianki szczelne stanowią zasadniczy element konstrukcyjny w następujących rodzajach budowli:
w budowlach oporowych (nabrzeża portowe, umocnienia brzegowe, przyczółki mostowe, ściany oporowe itp.),
w budowlach piętrzących, w których ścianka szczelna stanowi przeponęuniemożliwiającą lub zapobiegającą przenikaniu wody z górnego poziomu do dolnego przez podłoże budowli,
w fundamentach niższych budowli, w których ścianka szczelna stanowi bardzo często istotny element zapobiegający wypłukiwaniu gruntu spod podstawy fundamentu.
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Podział i rodzaje ścianek szczelnych1. Drewniane
Stosowane bardzo rzadko i tylko jako konstrukcje tymczasowe, dlapodrzędnych budowli w przypadkach gdy agresywność środowiska wyklucza stosowanie innych materiałów.
2. Stalowe
Ścianki o najszerszym zastosowaniu, zarówno jako konstrukcje tymczasowe i stałe. Brusy stalowe mogą być wykorzystywane wielokrotnie. Stosowane we wszelkich rodzajach gruntów. Szczelność zależna od konstrukcji zamka.
3. Żelbetowe
Wykonywane jako pale prefabrykowane żelbetowe lub sprężone o przekroju prostokątnym wprowadzane w grunt za pomocą kafarów, szczelność uzyskana poprzez odpowiednią konstrukcję połączenia pala z palem lub wykonywane jako grupy pali wierconych z zachowaniem odpowiedniej szczelności na styku pali sąsiadujących ze sobą
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
4. Z tworzyw sztucznych
Ścianki te posiadają dużą odporność na czynniki korozyjne i atmosferyczne, są lekkie, bezpieczne dla środowiska, elastyczne (co zwiększa ich odporność na uderzenia udarowe np. podczas cumowania statków) i estetyczne dzięki dowolnej, trwałej kolorystyce
Podział i rodzaje ścianek szczelnych
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Zastosowanie ścianek szczelnych1. W budowlach oporowych, gdy ścianka utrzymuje grunt naziomu
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Zastosowanie ścianek szczelnych2. W budowlach piętrzących, w których ścianka szczelna stanowi przeponę
zapobiegającą przenikaniu wody
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
3. W budowlach miejskich, w których ścianka szczelna stanowi istotny element oporowy zapobiegający wypłukiwaniu gruntu spod fundamentu przeciwstawiając się utracie przez niego stateczności
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Zastosowanie ścianek szczelnych
Zastosowanie ścianek szczelnych
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
4. W konstrukcjach spełniających funkcje ochronne (np. falochrony)
5. W konstrukcjach przyczółków mostowych
Wykonywanie ścianek szczelnych
Wprowadzanie grodzi w grunt Zakładanie bloku kotwiącegoKotwienie Niwelowanie terenu za ścianą oraz wybranie gruntu sprzed ściany
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Elementy ścianek szczelnych
brusy (grodzie) stalowe
przekładki usztywniające
kleszcze
śruby spinające
Elementy ścianek szczelnychStalowe ścianki szczelne wykonywane są z szerokiej gamy profili stalowych: płaskich, korytkowych, skrzydełkowych i zetowych zakończonych zamkami gwarantującymi odpowiednią szczelność oraz łatwość montażu i demontażu
zamek
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
brus Kruppa
brus Larssena
Sposoby wprowadzania ścianek w gruntDynamiczne - poprzez użycie wibratorów hydraulicznych
wibrator
pompa
brus stalowy
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
250 kg30 t
Sposoby wprowadzania ścianek w gruntDynamiczne - z wykorzystaniem młotów
hydraulicznych i spalinowych o dużej energii udaru
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Statyczne - poprzez wciskanie brusów w grunt ograniczając powstawanie szkodliwych drgań i hałasów
Sposoby wprowadzania ścianek w grunt
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Sposoby wprowadzania ścianek w grunt
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Konstrukcje stałe wykonywane ze ścianek szczelnych wymagają bardzo starannego, osiowego prowadzenia w gruncie, dlatego niezbędne jest korzystanie z prowadnic
Kotwienie ścianek szczelnych
Ścianki szczelne kotwione są na ogół na jednym poziomie, przy konstrukcjach wyższych można stosować kilka poziomów kotwienia. Kotwienie odbywa się na poziomie wody gruntowej lub na poziomie wody w basenie.
Zakotwienie ścianki może odbywać się przy pomocy: bloków i cięgien, płyt, pali kozłowych, ścianek szczelnych, kotwi, kotwi iniekcyjnych i kotwi gruntowych.
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Zalety ścianek szczelnychłatwe w montażu i demontażu i sprawdzające się w każdych warunkach gruntowych
lekkie
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Zalety ścianek szczelnychszczelne
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Zalety ścianek szczelnychestetyczne
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianki szczelne
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianki szczelne
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianki szczelne
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianki szczelne
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianki szczelne
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianki szczelne
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianki szczelne
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianki szczelne
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianki szczelne
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Przy obliczaniu płyty kotwiącej w obliczeniach przyjąć współczynnik bezpieczeństwa FSa=1.2 dla parcia gruntu i FSp=0.85 dla odporu gruntu
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionymRozpatrzmy siły działające na ściankę szczelną umiejscowioną w jednorodnym, idealnie sypkim,niezawodnionym gruncie. Załóżmy, że dla utrzymania stateczności wykopu o głębokości h została ona zabita w grunt na głębokość d. W odległości a od naziomu wykopu ścianka została zakotwiona kotwią oddziałującą z siłą T.
Z rozkładu naprężeń wynika, że równanie równowagi momentów wokół punktu zakotwienia ma postać:
( ) 032
21
32
32
21 22 =
−+−
−++ adhdKadhdhK pa γγ
( )
−+−=
−++ adhd
KK
adhdha
p
32
32
32 22
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionym
Równanie to można zapisać w następującej postaci:
−
+
−
+
+=
ha
hd
ha
hd
hd
KK
hd
p
a
321
231
132 22
Równanie to można rozwiązać iteracyjnie podstawiając kolejne wartości zagłębienia d. Znając wartość d można obliczyć siłę w kotwi z równania równowagi sił na oś poziomą:
( )22
1 21
21 dhKdKTP ap
n
iix +−+=∑
=
γγ
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionym
( )[ ]22
21 dKdhKT pa −+= γ
Stąd otrzymujemy wartość siły T równą:
Wartości sił tnących w poszczególnych przedziałach są równe:
( )22
2
2
21
21
21
21
0
hzKTzKQ
dhzhprzedziałIII
TzKQ
hzaprzedziałII
zKQ
azprzedziałI
pa
a
a
−++−=
+<≤
+−=
<≤
−=
<≤
γγ
γ
γ
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionymWartości momentów zginających w poszczególnych przedziałach są równe:
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
( )
( ) ( )33
3
32
61
61
61
61
321
0
hzKazTzKM
dhzhprzedziałIII
azTzKM
hzaprzedziałII
zKzzKM
azprzedziałI
pag
ag
aag
−+−+−=
+<≤
−+−=
<≤
−=−=
<≤
γγ
γ
γγ
aa
gg
KTzzKTQ
QMM
γγ 20
21
0
2
max
=⇒=−=
=⇔=
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionym
( )
−=−=
−+−=
−+−=
−+−=
=
aKTTTa
KTTM
TaKTT
KTTM
aKTT
KT
KTKM
azTzKKTzM
aag
aag
aaaag
aa
g
γγ
γγ
γγγγ
γγ
2322
32
223
22261
612
max
max
max
3max
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionym
Rozpatrzmy konstrukcję ścianki szczelnej dla wykopu o wysokości h = 5 m, wykonanego w gruncie o ciężarze objętościowym γ = 20 kN/m3 i kącie tarcia wewnętrznego równym φ = 30o. Załóżmy, zakotwienie w odległości a = 1 m odnaziomu.
Określić zagłębienie ścianki szczelnej (d) i siłę naciągu kotwi (T). Narysować wykres sił tnących oraz momentów zginających wzdłuż ścianki. Znaleźć maksymalny moment zginający.
Zagłębienie ścianki określamy stosując procedurę iteracyjną podstawiając kolejno wartości stosunku d/h aż do uzyskania wymaganej zbieżności obu stron równania. Otrzymujemy:
mdhd 9025.13805.0 =⇒= Przyjęto: md 0.2=
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
( )[ ] kNdKdhKT pa 17.4321 22 =−+= γ
Dla takiej wartości zagłębienie siła w kotwi jest równa
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionym
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
-60 -40 -20 0 20 40Sila tnąca, kN
7
6
5
4
3
2
1
0
Głę
bokość
, m
Wykres sił tnących wzdłuż ścianki.
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionym
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
-50 -25 0 25 50 75Moment zginający, kNm
7
6
5
4
3
2
1
0
Głę
bokość
, m
Wykres momentów zginających wzdłuż ścianki.
kNmM
aKTTM
g
ag
4.60
232
max
max
=
−=
γ
Wskaźnik wytrzymałości przekroju:
3
max
67.402150
4.60 cmMPa
kNW
kM
W
gx
d
ggx
==
=
kd –naprężenie dopuszczalne dla stali
Maksymalny moment zginający jest równy:
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionym
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Wartość wskaźnika stateczności wg Bishopa – FS=1.922
Entry + exit
1
2
2
3
78
9
101112
1.922
2
3
78
9
101112
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionym
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Wartość wskaźnika stateczności wg Bishopa – FS=1.866
Entry + exit
1
2
2
3
78
9
10
1.866
2
3
78
9
10
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionym
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Wartość wskaźnika stateczności wg Bishopa – FS=1.401
Autolocate...!?
1
2
2
3
78
9
10
1.401
2
3
78
9
10
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionym
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Wartość wskaźnika stateczności wg Bishopa – FS=?
Autolocate
Marek Cała – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki
Ścianka szczelna w jednorodnym gruncie niezawodnionym
FLAC (Version 5.00)
LEGEND
20-Oct-05 20:02 step 210657 -1.509E+00 <x< 1.378E+01 -1.340E+01 <y< 1.890E+00
Factor of Safety 1.00Max. shear strain-rate 0.00E+00 2.50E-08 5.00E-08 7.50E-08 1.00E-07 1.25E-07 1.50E-07
Contour interval= 2.50E-08Boundary plot
0 2E 0
Velocity vectorsmax vector = 4.302E-07
0 1E -6 -1.200
-1.000
-0.800
-0.600
-0.400
-0.200
0.000
(*10^1)
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200(*10^1)
JOB TITLE : .
Marek Cala Katedra Geomechaniki
• Szymański A. – Wykłady z mechaniki gruntów i budownictwa ziemnego
• Wiłun Z. – Zarys geotechniki• Lambe T. W. Whitman R.V (1976, 1977) Mechanika
gruntów,Tom I i II, Arkady, Warszawa• Verruijt A. 2001. Soil Mechanics• Coduto D.P. 1999. Geotechnical Engineering.• Coduto D.P. 2001. Foundation design.• Jarominiak A. 1999. Lekkie konstrukcje oporowe.• Myślińska E. 2001. Laboratoryjne badania gruntów.• Cios I., Garwacka-Piórkowska S. 1990. Projektowanie fundamentów.• Puła O., Rybak Cz., Sarniak W. 1997. Fundamentowanie.• Obrycki