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; minimalnąkonstrukcyjną 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 obciążeńjednostkowych 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 rdzeńpodstawy fundamentu;

rdzeń podstawy

B

L

q r max

Nr

eB

eL

eB eL 1B L 6+ <

Nr

qr mineL eB

qr max

oś obojętna

szczelinaC

C'

eB eL 1B L 6

c) d)+ >

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 rdzeńpodstawy fundamentu.

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):

dla konstrukcji niewrażliwej na nierównomierne osiadanie (konstrukcje statycznie wyznaczalne) i posadowieniu na gruntach mało ściśliwych (piaski, żwiry i grunty spoiste o M > 20 MPa):

qq

max

min

,≤ 1 3

qq

max

min

,≤ 3 0

Wymagania dodatkowe

dla warunków konstrukcyjnych i gruntowych pośrednich, np. dla konstrukcji wrażliwej na nierównomierne osiadania i posadowieniu na gruntach mało ściśliwych o M > 20 MPa:

qq

max

min

,≤ 2 0

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 wymagańjest 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: ( )γ n kN m= ⋅ = ⋅ −1 75 9 81 17 17 3, , ,

kąt tarcia wewnętrznego:

( )Φun = 300

Obciążenia:stałe i zmienne długotrwałePr1 = 180 kN⋅m-1,Hr1 = 5,4 KN⋅m-1,Mr1 = 23,2 kN⋅m⋅m-1stałe i zmienne długo- i krótkotrwałePr2 = 200 kN⋅m-1,Hr2 = 5,8 kN⋅m-1Mr2 = 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 odsadzkachWartości charakterystyczne obciążeń:ciężar ławy:

G kN m1n10 35 1 4 24 0 11 76= ⋅ ⋅ = ⋅ −, , , ,

ciężar gruntu nad odsadzką ławy z zewnątrz budynku:

G kN mn210 55 1 6 18 0 15 84= ⋅ ⋅ = ⋅ −, , , ,

ciężar gruntu nad odsadzką ławy od strony piwnicy:

G kN mn310 55 0 3 18 0 2 97= ⋅ ⋅ = ⋅ −, , , ,

ciężar posadzki od strony piwnicy (w uzasadnionych przypadkach należy uwzględniać obciążenia użytkowe przekazywane przez posadzkę na fundament):

G kN mn410 55 0 15 23 0 1 90= ⋅ ⋅ = ⋅ −, , , , .

Wartość obliczeniowa obciążenia:G G

k N mr in f f i= ⋅ = ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ ≅

≅ ⋅ −

Σ γ 1 1 7 6 1 1 1 5 8 4 1 2 2 9 7 1 2 1 9 0 1 3

3 8 0 1

, , , , , , , ,

,

Sprawdzenie, czy wypadkowa od obciążeń stałych i zmiennych długotrwałych znajduje się w rdzeniu podstawyObciążenie pionowe podłoża:N P G kN mr r1 1

1180 0 38 0 218 0= + = + = ⋅ −, , ,

Moment wypadkowej obciążeń podłoża względem środka podstawy ławy (por. rys. 3.5)

M M H h G r G r G r

kN m m

r r r r r1 1 1 2 2 3 3 4 4

1

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

= + ⋅ − ⋅ + ⋅ + ⋅ =

= + ⋅ − ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ +

+ ⋅ ⋅ = + − + + = ⋅ ⋅ −

, , , , , , , ,

, , , , , , , , .

Mimośród obciążenia podłoża obliczony względem środka podstawy ławy:

e MN

m B m11

1

19 57218 0

0 096

1 406

0 23= = = < = =,,

, , , .

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 P G kN mr r2 21200 0 38 0 238 0= + = + = ⋅ −, , , .

M M H h G r

M kN m mr r ri i2 2 2

2128 4 5 8 0 35 8 08 151 1 05 24 91

= + ⋅ +

= + ⋅ − + + = ⋅ ⋅ −

Σ ,

, , , , , , , .

e MN

m B m22

2

24 91238 0

0 1054

1404

0 35= = = < = =,,

, ,

Odrywanie fundamentu od podłoża nie występuje