Ściany oporowe- wybrane zagadnienia proj. ścian.PDF

POMOCE DYDAKTYCZNE

WYBRANE ZAGADNIENIA PROJEKTOWANIA

ŚCIAN OPOROWYCH

Autor opracownia:

Dr inż. Adam Krasiński

Kierownik Katedry Geotechniki:

Prof. dr hab. inż. Bohdan Zadroga

Gdańsk, 2004

6. ŚCIANY OPOROWE

Ściany oporowe – są to konstrukcje, których głównym zadaniem jest podpieranie uskoków

naziomu gruntów rodzimych lub nasypowych, a głównym obciążeniem jest parcie podpieranego

gruntu.

Do konstrukcji oporowych zaliczamy:

1) Ściany lub mury oporowe

2) Ścianki szczelne i szczelinowe

3) Obudowy wykopów

ŚCIANY OPOROWE

Podział ścian oporowych

Ze względu na materiał:

- murowane (z cegły lub kamienia)

- betonowe

- żelbetowe

Ze względu na konstrukcję i kształt przekroju poprzecznego:

- masywne (najczęściej murowane lub betonowe) – ściany tego typu utrzymują stateczność

(przejmują parcie gruntu) dzięki swojej dużej masie. Kształty: prostokątny, schodkowy, trapezowy,

złożony (rys. 1)

B=(0.5 ÷ 0.7)H

Rys. 6.1. Rodzaje kształtów ścian oporowych masywnych.

- półmasywne z elementami odciążającymi (betonowe lub żelbetowe) – ściany tego typu

utrzymują stateczność częściowo dzięki masie, częściowo dzięki redukcji parcia gruntu przez

elementy odciążające. Konstrukcje: ściany z jednym lub dwoma wspornikami, ściany z płytą

odciążajacą (rys. 2).

ψ≤ 0.8 φ

B=(0.5 ÷ 0.7)H

B= ∼ 0.5H

Rys. 6.2. Rodzaje ścian oporowych półmasywnych z elementami odciążającymi.

- lekkie (wyłącznie żelbetowe) – ściany te zachowują stateczność dzięki ciężarowi gruntu

zalegającego na wewnętrznej odsadzce fundamentowej. Konstrukcje: ściany płytowo-kątowe,

ściany płytowo-żebrowe, płytowe z elementami kotwiącymi (rys. 3).

B=0.6 ÷ 0.7H

B= ∼ 0.4H

Rys. 6.3. Rodzaje ścian oporowych lekkich.

Zastosowanie ścian oporowych:

- podparcie tarasów pod zabudowę lub parkingi

- podparcie nasypów drogowych lub kolejowych na zboczach i dojazdach do wiaduktów

- podparcie skarp przy wjazdach do tuneli

- inne

Obliczanie i projektowanie ścian oporowych

Zbieranie obciążeń pionowych i poziomych

Na ściany oporowe działają różnorakie obciążenia, które rozdziela się na obciążenia pionowe

i poziome. Głównym obciążeniem jakie oddziaływuje na ściany oporowe jest parcie gruntu, które

w zależności od sposobu liczenia może być ukośne lub poziome. Ponadto na ścianę działają

obciążenia pionowe od ciężaru własnego jej elementów, ciężaru gruntu zasypowego

spoczywającego na odsadzkach fundamentowych oraz od dodatkowego obciążenia naziomu p .

A) Sposób I

B) Sposób II

C) Sposób III (uproszczony)

E 1

E 1 v

δ a1 = φ /2

E 2 v

E 2

E 1 h

G 3

G 2

G 3

E 2 h

δ a2 = φ

G 2

δ a1 = φ

G 2

G 1

E 3

G 1

E 2

G 1

δ a3 = φ /2

δ a2 = φ/2

45 ° + φ /2

Rys. 6.4. Sposoby zbierania obciążeń na ściany oporowe masywne i lekkie.

G 5

E 1

G 5

E 1

G 3

R p

G 4

R p = (G 4 +G 5 +P)/2

G 2

ϑ =45 ° + φ /2

G 2

G 3

E 2

G 4

ϑ =45 ° + φ /2

G 1

Rys. 6.5. Przyjmowanie obciążeń działających na ściany oporowe z elementami odciążającymi.

Zagadnienie parcia gruntu na ściany oporowe

Parcie i odpór gruntu jest oddziaływaniem, którego wartość zależy od przemieszczeń

i odkształcalności konstrukcji oporowej. Zależność parcia i odporu gruntu od przemieszczeń

konstrukcji oporowej można przedstawić graficznie, jak na rysunku poniżej.

E p

E II

E 0 – parcie spoczynkowe – gdy δ =0 (przem. zablokowane)

E a – parcie graniczne – gdy δ ≥ δ a (ruch od gruntu)

E p – odpór graniczny – gdy δ ≥ δ p (ruch do gruntu)

E I – parcie pośrednie – gdy 0 < δ I < δ a

E II – odpór pośredni – gdy 0 < δ II < δ p

strefa parcia

strefa odporu

E 0

E I

E a

δ ( od gruntu)

δ a

δ I

δ II

δ p

δ ( do gruntu)

Rys. 6.6. Zależność parcia i odporu gruntu od przemieszczeń ściany oporowej.

Przyjęcie odpowiedniej wartości parcia w przypadku ścian oporowych nie jest sprawą oczywistą,

gdyż wartość ta zależy od przemieszczeń ściany, a przemieszczenia te z kolei są wynikiem miedzy

innymi parcia gruntu. Projektowanie ścian oporowych na parcie spoczynkowe (E 0 ) jest zbyt

asekuracyjne i raczej niewłaściwe. Parcie takie przyjmuje się dla konstrukcji, które nie ulegają

żadnym przemieszczeniom – np. ściany tuneli lub dużych kolektorów i rurociągów. Projektowanie

z kolei na parcie graniczne (E a ) może być zbyt ryzykowne, gdyż jest ono najmniejsze ze wszystkich

parć i występuje dopiero przy znacznych i nieskrępowanych przemieszczeniach ściany.

Ściany oporowe powinno się projektować na parcie pośrednie, przyjmowane w przybliżeniu

E I = ( E a + E 0 )/2 lub E I = (2 E a + E 0 )/3 , bądź ustalane dokładniej na podstawie obliczeń iteracyjnych.

Ustalanie wartości parcia pośredniego według normy PN-83/B-03010

Wa r t ość parcia pośredniego działającego na ścianę oporową ustala się w zależności od

przemieszczeń uogólnionych ściany z wykorzystaniem przybliżonego wykresu, podanego poniżej.

E p

E II

strefa parcia

strefa odporu

E 0 , E a , E p , E I , E II – jak na rys. 6

E 0

E I

E a

ρ ( od gruntu)

ρ a

ρ I

0 ρ II

ρ p

ρ ( do gruntu )

0.5 ρ a

0.5 ρ p

Rys. 6.7. Uproszczona zależność parcia i odporu gruntu od przemieszczeń uogolnionych.

Przemieszczenia uogólnione oblicza się na podstawie przemieszczeń rzeczywistych ściany

oporowej: osiadań i przechyłki fundamentu oraz przesunięć poziomych (patrz rys. 8 poniżej).

f 2

f 1

f B =f 1 +f 2

f B

B’

ρ A

ρ B

s 2

A’

s 0

A’

s 1

f A =f 1

f A

Rys. 6.8. Wyznaczanie przemieszczeń uogólnionych ściany oporowej.

Przemieszczenia uogólnione oblicza się według wzorów:

ρ [rad]

f B

ρ [rad]

B =

f A

(1)

a całkowite przemieszczenie uogólnione jest sumą obu katów:

ρ +

[rad]

(2)

Gdy przemieszczenie uogólnione ρ I jest większe od połowy wartości przemieszczenia granicznego

(ρ I ≥ 0.5ρ a ), to przyjmuje się, że parcie pośrednie równe jest parciu granicznemu: E I = E a .

Natomiast w przypadku gdy 0 < ρ I < 0.5ρ a – parcie gruntu pośrednie należy obliczać następująco:

−

(3)

W bardzo podobny sposób należy wyznaczać odpór pośredni gruntu, jeśli zachodzi taka potrzeba.

Wa r t ości uogólnionych przemieszczeń granicznych dla parcia ρ a oraz dla odporu ρ p odczytuje się

z nomogramów przedstawionych poniżej na rys. 9.

ρ a

ρ p

0.012

0.12

0.010

0.10

0.008

φ (n) =10 °

0.08

φ (n) =10 °

0.006

0.004

φ (n) =20 °

0.06

0.04

φ (n) =20 °

φ (n) =30 °

φ (n) =40 °

φ (n) =30 °

φ (n) =40 °

0.002

0.02

0.000 0

0.00

H [m]

Rys. 6.9. Nomogramy do wyznaczania przemieszczeń granicznych ρ a i ρ p .

Można na nich zauważyć, że wartości ρ p są 10-krotnie większe od wartości ρ a .

A =

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: