Wybór głębokości posadowienia fundamentów

Uwagi dotyczące mechanizmu zniszczenia
• Grunty zagęszczone zapadają się gwałtownie po „dobrze
zdefiniowanych” powierzchniach poślizgu według „ogólnego
mechanizmu ścinania.
•Grunty luźne nie tracą nośności gwałtownie a powierzchnie
poślizgu nie są „dobrze zdefiniowane”. Zwykle jest to lokalny
mechanizm ścinania.
•Bardzo luźne grunty mogą tracić nośność przez przebicie.
•Większych osiadań można oczekiwać w gruntach luźnych
aniżeli w gruntach zagęszczonych.
Wybór głębokości posadowienia fundamentów
Na wybór głębokości posadowienia mają wpływ następujące
czynniki:
•głębokość występowania gruntów nośnych, na których
budowla może być bezpiecznie posadowiona; minimalną
konstrukcyjną głębokość posadowienia przyjmuje się 0,5 m w
stosunku najniżej przyległego terenu;
•głębokość przemarzania w gruntach wysadzinowych; według
PN-81/B-3020 minimalne głębokości posadowienia
fundamentów ze względu na przemarzanie gruntów od
poziomu terenu projektowanego do spodu fundamentu
wynoszą 0,8 – 1,4 m;
•głębokość rozmycia gruntu przy fundamentach podpór
mostowych (np.. Poziom rozmycia dna Wisły w Warszawie
dochodzi do 8 – 10 m);
•poziom zwierciadła wody gruntowej;
•wymagania eksploatacyjne dotyczące budowli, np. konieczności
podpiwniczenia;
•poziom posadowienia sąsiednich fundamentów.
Wymiary podstawy fundamentu ustala się z zachowaniem
następujących założeń i warunków normowych:
•
•
przyjmuje się liniowy rozkład obliczeniowych obciążeń
jednostkowych q w poziomie posadowienia według rysunku
3.1. a-c; (W obliczeniach q należy uwzględniać fakt, że w
przypadku gdy wypadkowa obciążeń znajduje się poza
rdzeniem przekroju podstawy fundamentu, powstaje szczelina
między podłożem i podstawą fundamentu. Oznacza to, że nie
mogą wstąpić naprężenia rozciągające między podłożem i
podstawą fundamentu.);
wypadkowa sił od obliczeniowych obciążeń stałych oraz
zmiennych długotrwałych nie powinna wychodzić poza rdzeń
podstawy fundamentu;
c)
d)
eB eL 1
+ <6
B L
Nr
eL
q r min
eB
B
Nr
eB eL 1
+ >6
B L
eL
q r max
szczelina
eB
q r max
C
rdzeń podstawy
L
C'
oś obojętna
Rys. 3.1. Rozkłady obciążeń jednostkowych podłoża gruntowego obciążonego
mimośrodowo: a),b) - ławą fundamentową, c),d) - stopą fundamentową
•
dla fundamentów o podstawie prostokątnej, gdy eB ≠ 0
oraz eL = 0, otrzymamy C ≤ B/4;
•
w budowlach wysokich mających fundament płytowy
lub pierścieniowy (gdy wypadkowa jest zaczepiona na
wysokości większej niż 3-krotna szerokość fundamentu)
oraz w fundamentach słupów hal obciążonych
suwnicami, wypadkowa siła od obliczeniowych
obciążeń stałych oraz zmiennych długo- i
krótkotrwałych nie może wychodzić poza rdzeń
podstawy fundamentu.
Wymagania dodatkowe
Dla konstrukcji budynku wrażliwej na nierównomierne
osiadania (konstrukcje statycznie niewyznaczalne) przy
posadowieniu na gruntach bardzo ściśliwych ( spoiste i
organiczne o module ściśliwości M < 5 MPa):
q max
≤ 1,3
q min
dla konstrukcji niewrażliwej na nierównomierne osiadanie
(konstrukcje statycznie wyznaczalne) i posadowieniu na
gruntach mało ściśliwych (piaski, żwiry i grunty spoiste o M >
20 MPa):
q max
≤ 3,0
q min
dla warunków konstrukcyjnych i gruntowych
pośrednich, np. dla konstrukcji wrażliwej na
nierównomierne osiadania i posadowieniu na
gruntach mało ściśliwych o M > 20 MPa:
q max
≤ 2,0
q min
Na rozkłady oddziaływań miedzy fundamentem i podłożem, a
także na nośność podłoża gruntowego bardzo istotny wpływ ma
usytuowanie środka ciężkości podstawy fundamentu w stosunku
do położeń wypadkowych obciążeń w rozpatrywanych
schematach sił działających na fundament.
Bardzo istotnym w projektowaniu stóp fundamentowych
jest przyjęcie odpowiedniego stosunku boków B:L. Dla
zadanych obciążeń, można znaleźć fundament o takich
proporcjach B:L, że przy spełnieniu wszystkich wymagań
jest to fundament najmniejszy, a więc najbardziej
ekonomiczny.
Przykład obliczeniowy
Ława fundamentowa na podłożu jednorodnym
W podłożu stwierdzono występowanie piasków drobnych
wilgotnych, których stopień zagęszczenia określony
bezpośrednimi badaniami w terenie wynosi
ID= 0,40. Piaski drobne określono jako wysadzinowe.
Pozostałe parametry geotechniczne wyznaczone metodą B
wynoszą:
ciężar objętościowy:
( n)
−3
γ
= 1,75 ⋅ 9,81 = 17,17 kN ⋅ m
kąt tarcia wewnętrznego:
Φ(u ) = 300
n
Obciążenia:
stałe i zmienne długotrwałe
Pr1 = 180 kN⋅m-1,
Hr1 = 5,4 KN⋅m-1,
Mr1 = 23,2 kN⋅m⋅m-1
stałe i zmienne długo- i krótkotrwałe
Pr2 = 200 kN⋅m-1,
Hr2 = 5,8 kN⋅m-1
Mr2 = 28,8 kN⋅m⋅m-1.
Wstępne przyjęcie wymiarów fundamentu i głębokości
posadowienia
Przyjęta głębokość posadowienia 1,95 m jest większa od
umownej głębokości przemarzania 1,0 m. Przemarzanie
podłoża z gruntu wsadzinowego nie nastąpi Przyjęto
wstępnie wysokość ławy 0,35 m, szerokość 1,4 m.
W celu zilustrowania racjonalnego projektowania
fundamentów będą rozpatrzone dwa przypadki:
A. Ława jest usytuowana symetrycznie względem osi ściany
(rys. 3.5.a)
B. Środek ławy jest przesunięty względem osi ściany (3.5.b).
PRZYPADEK A. Ława jest usytuowana symetrycznie
względem osi ściany.
Obliczenia ciężarów ławy i gruntu na odsadzkach
Wartości charakterystyczne obciążeń:
ciężar ławy:
G1n = 0,35 ⋅ 1,4 ⋅ 24,0 = 11,76 kN ⋅ m−1
ciężar gruntu nad odsadzką ławy z zewnątrz budynku:
G 2 n = 0,55 ⋅ 1,6 ⋅ 18,0 = 15,84 kN ⋅ m−1
ciężar gruntu nad odsadzką ławy od strony piwnicy:
G 3n = 0,55 ⋅ 0,3 ⋅ 18,0 = 2,97 kN ⋅ m−1
ciężar posadzki od strony piwnicy (w uzasadnionych przypadkach
należy uwzględniać obciążenia użytkowe przekazywane przez
posadzkę na fundament):
G 4 n = 0,55 ⋅ 0,15 ⋅ 23,0 = 1,90 kN ⋅ m−1.
Wartość obliczeniowa obciążenia:
G
r
= ΣG
in
⋅γ
≅ 3 8 ,0 k N ⋅ m
ffi
= 1 1 , 7 6 ⋅ 1 ,1 + 1 5 , 8 4 ⋅ 1 , 2 + 2 , 9 7 ⋅ 1 , 2 + 1 , 9 0 ⋅ 1 , 3 ≅
−1
Sprawdzenie, czy wypadkowa od obciążeń stałych i
zmiennych długotrwałych znajduje się w rdzeniu podstawy
Obciążenie pionowe podłoża:
N1 = Pr1 + G r = 180,0 + 38,0 = 218,0 kN ⋅ m−1
Moment wypadkowej obciążeń podłoża względem środka
podstawy ławy (por. rys. 3.5)
M1 = M r1 + H r1 ⋅ h − G r 2 ⋅ r2 + G r 3 ⋅ r3 + G r 4 ⋅ r4 =
= 23,2 + 5,4 ⋅ 0,35 − 15,84 ⋅ 1,2 ⋅ 0,425 + 2,97 ⋅ 1,2 ⋅ 0,425 +
+ 1,9 ⋅ 1,3 ⋅ 0,425 = 23,2 + 189
, − 8,08 + 151
, + 1,05 = 19,57 kN ⋅ m ⋅ m−1.
Mimośród obciążenia podłoża obliczony względem środka
podstawy ławy:
M1 19,57
B 1,40
=
= 0,09 m < =
= 0,23 m.
e1 =
6
6
N1 218,0
Wypadkowa obciążeń znajduje się w rdzeniu
podstawy.
Sprawdzenie, czy następuje odrywanie podstawy ławy od
podłoża po uwzględnieniu działania obciążeń stałych i
zmiennych długo- i krótkotrwałych (również wyjątkowych)
N 2 = Pr 2 + G r = 200,0 + 38,0 = 238,0 kN ⋅ m−1.
M 2 = M r 2 + H r 2 ⋅ h + ΣG ri ri ,
M 2 = 28,4 + 5,8 ⋅ 0,35 − 8,08 + 1,51 + 1,05 = 24,91 kN ⋅ m ⋅ m−1.
M 2 24,91
B 140
e2 =
=
= 0,105 m < =
= 0,35 m
4
4
N 2 238,0
Odrywanie fundamentu od podłoża nie występuje