Projekt ciężkiego muru oporowego

Etapy realizacji projektu Określić wartości parametrów charakterystycznych i obliczeniowych gruntów. Obliczyć wartości jednostkowych sił parcia aktywnego gruntów na konstrukcję oporową oraz sporządzić ich wykresy. Obliczyć wartości wypadkowych sił parcia w każdej warstwie gruntu przyjmując, że kąt tarcia gruntu o mur wynosi: δ=0.5 . Obliczyć wartość wypadkowej siły parcia i położenie punktu jej przyłożenia. Zaprojektować mur i sprawdzić jego stateczność z warunku: - na obrót, - na przesunięcie, - ogólną stateczność muru oporowego. 6. Zaprojektować odwodnienie i inne elementy muru zgodnie z normą: PN-81/B03020 7. Wykonać rysunki techniczne konstrukcji muru oporowego.

Stany Oddziaływania Gruntu Powstanie stanów granicznych jest związane z odkształceniami. W płaszczyźnie między gruntem a ścianą istnieje ciśnienie, którego wartość w bardzo znaczącym stopniu zależy od zachowania się konstrukcji inżynierskiej pod wpływem obciążenia. a) b) c) Przemieszczanie ściany.

Przemieszczanie ściany. b) c) Przemieszczanie ściany. Parcie gruntu w spoczynku działa na ścianę wtedy, jeżeli istniejąca ściana jest idealnie sztywna i nie ulega odkształceniom pod wpływem obciążenia gruntem, a jednocześnie, jeżeli ściana ta jako całość nie wykazuje żadnego przesunięcia. Parcie bierne określane jako odpór gruntu istnieje wtedy, jeśli na ścianę działa jakaś siła zewnętrzna powodująca przesunięcie jej w kierunku do gruntu (ciśnienie między ścianą a gruntem ulega zmianie). Parcie czynne gruntu istnieje wtedy, gdy ściana ulegnie przesunięciu w kierunku od gruntu

Ciągłe płynięcie plastyczne Obciążenie graniczne (odpór) Nieograniczone płynięcie plastyczne Oddziaływanie sprężyste Ciągłe płynięcie plastyczne Obciążenie graniczne (parcie) Przemieszczenie w kierunku od gruntu w kierunku gruntu Parcie Odpór E  a I II p Ea EI E0 EII Ep E  E1 < E0 Ea < EII  Ep  = 0 a p Oddziaływanie gruntu na konstrukcję oporową w zależności od jej przemieszczania.

Metoda Coulomba Powierzchnie zniszczenia w sąsiedztwie ściany oporowej  Teoria Coulomba opisuje stan naprężenia w gruncie przy założeniu, że stan graniczny występuje na powierzchni zniszczenia klina odłamu powstającego podczas ruchu ściany od gruntu lub w kierunku gruntu. Pa Pp  (a) Parcie czynne (b) Parcie bierne Powierzchnie zniszczenia w sąsiedztwie ściany oporowej

Założenia metody Coulomba: Metoda Coulomba Założenia metody Coulomba: ściana muru oporowego jest pionowa a naziom poziomy, grunt za murem oporowym jest jednorodny i izotropowy, pomiędzy gruntem a murem nie występuje tarcie a więc siła parcia aktywnego jest pozioma, poślizg następuje po płaszczyźnie nachylonej pod kątem  do poziomu, przechodzącej przez dolną krawędź muru, klin odłamu jest bryłą sztywną i znajduje się w stanie równowagi granicznej, nachylenie powierzchni poślizgu wyznacza się z warunku ekstremum parcia gruntu.

Klin odłamu znajduje się pod działaniem następujących sił: Ea – reakcja muru oporowego na grunt, G - ciężar własny gruntu: Siła oporu ścinania działająca na powierzchnię poślizgu o jednostkowej długości: Z warunku rzutów na kierunek normalnej do powierzchni poślizgu wynika, że: Warunek rzutów na powierzchnię poślizgu ma postać:

Podstawiając do tego równania określone wcześniej wartości sił znajdujemy wyrażenie na wartość siły parcia aktywnego w funkcji nachylenia  powierzchni poślizgu: Funkcja Ea=f() posiada ekstremum gdy: czyli, gdy: Ostatecznie wartość siły parcia aktywnego można określić ze wzoru:

W przypadku parcia biernego: Funkcja Ep=f() posiada ekstremum gdy: czyli, gdy: Ostatecznie wartość siły parcia biernego można określić ze wzoru:

W ogólnym przypadku, gdy ściana jest odchylona od pionu, naziom nie jest poziomy a pomiędzy gruntem a murem istnieje tarcie, stosować można uogólnione wzory na wartości współczynników parcia bocznego. Oznaczenia dla rozwiązania uogólnionego

Współczynnik parcia aktywnego: Współczynnik parcia biernego (odporu): Kąt tarcia gruntu o mur:

Obliczanie sił parcia w górotworze uwarstwionym Przy obliczaniu parcia gruntów na konstrukcje oporowe w górotworze uwarstwionym operuje się pojęciem parcia jednostkowego. Wzory na wartości sił parcia jednostkowego określa się poprzez różniczkowanie wzorów na siły parcia: jednostkowa siła parcia aktywnego: jednostkowa siła parcia biernego:

Pionowe, równomiernie rozłożone obciążenie zewnętrzne oraz nacisk warstw leżących wyżej można uwzględnić poprzez wprowadzenie pojęcia warstwy zastępczej o wysokości hz=p0/ , czyli fikcyjnej warstwy o zerowej wytrzymałości, której działanie jest ekwiwalentem przyłożonego obciążenia. Wartości jednostkowych sił parcia określa się niezależnie dla poszczególnych warstw przyjmując, że ich strop obciążony jest ciężarem leżących wyżej warstw oraz obciążeniem zewnętrznym: Wartości sił parcia jednostkowego w obrębie danej warstwy oblicza się ze wzorów: jednostkowa siła parcia aktywnego: jednostkowa siła parcia biernego: gdzie:

Mury oporowe Ściany masywne – wykonuje się przeważnie z betonu, kamienia naturalnego lub sztucznego na zaprawie cementowej lub cementowo wapiennej, ściany te można stosować tylko przy małej wysokości 2 – 3 m.

Mury oporowe Ściany masywne ze wspornikowymi płytami odciążającymi - zastosowanie tego typu ścian oporowych pozwala na zmniejszenie zużycia materiału i zmniejszenie zbrojenia w samej płycie pionowej ściany (pozioma płyta jest żelbetowa), ściany betonowe o jednej płycie odciążającej stosuje się do wysokości ok. 4.0m, dla wyższych ścian do ok. 6.0m, ściany te stosuje się do max. 10m,

Mury oporowe Ściany płytowo - kątowe – wykonuje się wyłącznie z żelbetu, stateczność tych ścian jest zapewniona w znacznej mierze dzięki ciężarowi gruntu spoczywającego na poziomej płycie fundamentowej, zastosowanie nachylenia płyty fundamentowej oraz specjalnej ostrogi powoduje zwiększenie stateczności konstrukcji ściany oporowej ze względu na przesunięcie, Naziom Naziom Naziom

Mury oporowe Ściany płytowo – żebrowe – składają się z płyty fundamentowej, pionowej oraz pionowych żeber rozstawionych wzdłuż ściany oporowej co 2.5 – 3.5m, wykonanie wyłącznie z żelbetu, zalety-duża sztywność i mała odkształcalność na działanie poziomego parcia gruntu w porównaniu z konstrukcjami płytowo kątowymi.

Mury oporowe Ściany płytowo – żebrowe

Mury oporowe Obrót ściany oporowej Obrót ściany oporowej z wyparciem Przesunięcie ściany oporowej

Mury oporowe – warunki stateczności Mając określone wartości sił parcia gruntu na ściany oporowe należy sprawdzić ich stateczność przy odpowiednich współczynnikach pewności. Szczegóły definiuje norma PN-83/B-03010. Zgodnie z zaleceniem tej normy,dla wszystkich typów murów oporowych, niezależnie od ich wysokości o obciążeń należy wykonać sprawdzenie nośności podłoża z uwzględnieniem mimośrodu i nachylenia obciążenia oraz budowy podłoża.Sprawdzenie to należy przeprowadzić zgodnie z zaleceniami normy PN-81/B-03020. W przypadku usytuowania ściany oporowej na zboczu lub w pobliżu zbocza i w przypadku istnienia w podłożu warstw umożliwiających poślizg części zbocza w stosunku do niżej zalegających warstw należy przeprowadzić sprawdzenie stateczności ściany oporowej łącznie z częścią masywu gruntowego i obiektami sąsiadującymi,według różnych,możliwych w danych warunkach powierzchni poślizgu. Można do tego celu zastosować metody równowagi granicznej (np.SLOPE/W) lub metody numeryczne (np. FLAC, Z_Soil, Plaxis etc.)

Mury oporowe – warunki stateczności Przy sprawdzaniu stateczności muru oporowego ze względu na możliwość obrotu względem krawędzi podstawy fundamentu powinien być spełniony warunek: gdzie: Mo(r) – moment wszystkich sił obliczeniowych powodujących obrót ściany (składowa i pozioma siły parcia gruntu) Mu(r) – moment wszystkich sił obliczeniowych przeciwdziałających obrotowi ściany (ciężar ściany) mo=0.8 w przypadku obciążenia naziomu mo=0.9 w pozostałych przypadkach.

Mury oporowe – warunki stateczności Przy sprawdzaniu stateczności muru oporowego ze względu przesunięcie powinien być spełniony warunek: gdzie: Qt(r) – obliczeniowa wartość składowej stycznej (poziomej)obciążenia w płaszczyźnie ścięcia). Qtf – suma rzutów na płaszczyznę ścięcia wszystkich sił obliczeniowych przeciwdziałających przesunięciu ściany, mt=0.9 w przypadku obciążenia naziomu mt=0.95 w pozostałych przypadkach.

Literatura 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 M., Pisarczyk S. 1999. Zbiór zadań z mechaniki gruntów.