Transcript Príklad_3

Návrh plošných základov
Cvičenie č. 3
Návrh základovej konštrukcie je komplexnou úlohou, samotný návrh
konštrukcie základu sa vykonáva spoločne s geotechnickými
výpočtami základového prostredia
Návrh metódou medzného stavu únosnosti zahŕňa posúdenie:
- celkovej stability,
- únosnosti – odolnosti voči posúvaniu,
- zaťaženia s veľkou excentricitou,
- konštrukčných porúch zapríčinených pohybom základu.
Návrh metódou medzného stavu používateľnosti zahŕňa posúdenie:
- sadania a pomerného sadania;
- zakladania na skalných horninách: zohľadnenie ďalších aspektov návrhu,
- konštrukčného návrhu plošného základu (dimenzovanie základového prvku),
- prípravy základovej pôdy.
2
Pri navrhovaní geotechnických konštrukcií sa rozlišujú
3 geotechnické kategórie
1. geotechnická kategória
Zahŕňa iba malé a relatívne jednoduché stavby, pre ktoré je možné zabezpečiť splnenie
základných požiadaviek na základe skúsenosti a kvantitatívnym geotechnickým prieskumom so
zanedbateľným rizikom.
Horninové prostredie v rozsahu stavebného objektu sa podstatne nemení, jednotlivé vrstvy
majú približne stálu hrúbku a sú uložené vodorovne alebo takmer vodorovne.
Podzemná voda neovplyvňuje usporiadanie objektov a návrh ich konštrukcie.
Patria sem tieto geotechnické konštrukcie:
•
základy budov a konštrukcií s maximálnym zaťažením v stĺpe 250 kN,
v stene 100 kN/m alebo v základovej doske 100 kPa;
•
oporné múry a paženia výkopov s výškovým rozdielom max. 2,0 m;
•
výkopy nad hladinou podzemnej vody, hlboké max. 2,0 m, dostatočne vzdialené od susedných
budov;
•
násypy a zárezy do výšky 3 m na stavbách pozemných komunikácií III. a IV. triedy, miestnych
a účelových komunikácií. Zemné teleso nesmie byť v styku s tečúcou povrchovou vodou
a hladina podzemnej vody musí byť minimálne 1,5 m pod pláňou. Sklon pôvodného terénu
nesmie byť väčší ako 10%.
3
2. geotechnická kategória
Patria sem tieto geotechnické konštrukcie:
•
základy budov do maximálne 10 nadzemných podlaží;
•
základy bežne zaťažených stavebných konštrukcií, ktoré sú citlivé na sadanie a nerovnomerné sadanie;
•
pilótové základy;
•
steny a iné konštrukcie vyššie ako 2 m, ktoré podopierajú alebo zadržujú zeminu alebo vodu;
•
výkopy (stavebné jamy) do hĺbky maximálne 6 m;
•
piliere a oporné konštrukcie mostov;
•
násypy a zemné konštrukcie s výškou od 3 m do 10 m;
•
zárezy hlboké maximálne 15 m;
•
mostné konštrukcie do rozpätia maximálne 10 m;
•
horninové kotvy a iné kotviace systémy;
•
geotechnická konštrukcia 1. geotechnickej kategórie, ak jej výstavba môže ohroziť stabilitu okolitého územia
alebo by mohla spôsobiť neprimerané deformácie okolitých stavieb.
•
Ak základová pôda alebo podložie geotechnickej konštrukcie zaradenej do 1. GK má nepriaznivé vlastnosti
(horninové prostredie v rozsahu stavebného objektu sa podstatne mení, jednotlivé vrstvy majú premenlivú
hrúbku, podzemná voda ovplyvňuje usporiadanie objektov a návrh ich konštrukcie), alebo ju tvoria zvláštne
zeminy, veľmi stlačiteľné zeminy (organické naplaveniny, bahno, rašelina a pod.) alebo keď sa konštrukcia nachádza
na území zosuvnom, postihnutom banskou činnosťou a pod., zaradíme takúto konštrukciu do 2. GK.
4
3. geotechnická kategória
Patria sem tieto geotechnické konštrukcie:
•
všetky konštrukcie, ktoré nie sú obsiahnuté v 1. a 2. geotechnickej kategórii;
•
vysoké, veľmi členité a zložito zaťažené oporné zemné konštrukcie;
•
zemné konštrukcie z neštandardných ľahkých materiálov;
•
základy veľmi veľkých alebo nezvyčajných stavieb;
•
geotechnické konštrukcie s pravdepodobným rizikom seizmických otrasov
(oblasť I. podľa mapy seizmického rizika).
Navrhovanie geotechnických konštrukcií zaradených do 3. geotechnickej kategórie je
individuálne, pričom požiadavky na prieskum a skúšanie horninového prostredia
uvedené v Eurokóde 7 sú minimálnymi požiadavkami na navrhovanie v rámci tejto
geotechnickej kategórie.
5
Geotechnické navrhovanie na základe výpočtov
Navrhovanie podľa medzných stavov sa musí zakladať na:
• modeloch konštrukcie,
• zaťažení pre príslušné medzné stavy.
Je nutné overiť, že žiadny medzný stav nie je prekročený, ak sa v tých modeloch
použijú príslušné návrhové hodnoty:
• zaťažení;
Fd   F .Frep
• charakteristík materiálov;
X d  X k / M
• charakteristík výrobkov;
ad  anom  a
• geometrických charakteristík.
6
Geotechnické parametre horninového prostredia
Charakteristické hodnoty geotechnických parametrov sa môžu získať na základe:
• vyhodnotenia a interpretácie výsledkov terénneho prieskumu,
• laboratórnych skúšok uskutočnených pri prieskume staveniska so zohľadnením
porovnateľných skúseností.
Tento spôsob sa používa pri navrhovaní konštrukcií zaradených do 2. a 3. GK.
Pre 1. GK sa môžu použiť porovnateľné skúsenosti a zdokumentované regionálne
charakteristické hodnoty geotechnických parametrov na základe archívnych údajov
z realizovaných prieskumov.
Počas výstavby sa musia kontrolovať skutočné geotechnické charakteristiky
zemín a skalných hornín s predpokladanými vlastnosťami v návrhu v súlade
s Eurokódom 7, kapitola 4 (Stavebný dozor, monitorovanie a údržba).
Pre 1. GK postačuje vizuálna obhliadka staveniska a záznam opisu zemín vo výkopoch.
7
Medzné stavy únosnosti
je nutné overiť, že nie je prekročený, alebo že nenastane žiadny z nasledujúcich
medzných stavov:
 strata rovnováhy konštrukcie alebo horninového prostredia, považovanej za tuhé
teleso, v ktorej je na stanovenie odolnosti pevnosť konštrukčných materiálov
a horninového prostredia bezvýznamné (EQU);
 vnútorné porušenie alebo nadmerná deformácia konštrukcie alebo konštrukčných
prvkov, vrátane napríklad pätiek, pilót alebo stien v podzemí. Na stanovenie
odolnosti je významná pevnosť konštrukčných materiálov (STR);
 porušenie alebo nadmerná deformácia horninového prostredia. Na stanovenie
odolnosti je významná pevnosť zemín alebo skalných hornín (GEO);
 strata rovnováhy konštrukcie alebo horninového prostredia vztlakom (buoyancy)
alebo vertikálnym zaťažením (UPL);
 hydraulické porušenie dna, vnútorná erózia a erózia horninového prostredia
podzemnou vodou, spôsobené hydraulickým gradientom (HYD);
Medzný stav GEO je často kritický pre rozmery konštrukčných prvkov, zahrnutých
v základoch alebo oporných konštrukciách a niekedy aj pevnosť konštrukčných
prvkov.
8
Overenie medzných stavov odolnosti konštrukcie (STR)
horninového prostredia (GEO) pre trvalé a dočasné
situácie
Ak sa uvažuje s medzným stavom porušenia alebo nadmernej deformácie konštrukčného
prvku alebo časti horninového prostredia (STR a GEO), musí sa preukázať, že:
Ed  Rd
kde: Ed je návrhová hodnota účinkov zaťaženia,
Ed  E F .Frep ; X k /  M ; ad 
alebo
Ed   E .EFrep ; X k /  M ; ad 
Rd je návrhová hodnota únosnosti voči zaťaženiu.
Rd  R F .Frep ; X k /  M ; ad  Rd  R F .Frep ; X k ; ad /  R Rd  R F .Frep ; X k /  M ; ad /  R
F - zaťaženie
X - vlastnosti horninového prostredia
R - únosnosť
9
Návrhové postupy
Výber návrhového(ých) postupu(ov) si každá krajina stanovuje v národnej prílohe
k Eurokódu 7. Slovensko sa rozhodlo (STN EN 1991-1/NA, Apríl 2010), používať návrhový
postup 2 a pre posudzovanie celkovej stability a numerické metódy návrhový postup 3.
Návrhový postup
Symbol*
Kombinácia
DA1-C1
A1 "+" M1 "+" R1
DA1-C2
A2 "+" M2 "+" R1
2
DA2
A1 "+" M1 "+" R2
3
DA3
A1 alebo A2 "+" M2 "+" R3
1
A – zaťaženie (A1 pre zaťaženia konštrukcie, A2 pre geotechnické zaťaženia) ⟹ F, (E)
M – materiálová vlastnosť ⟹ M
R – únosnosť / odolnosť ⟹ R
10
Parciálne súčinitele zaťažení (F) alebo účinkov zaťaženia (E)
Zaťaženie
trvalé
premenné
11
nepriaznivé
priaznivé
nepriaznivé
priaznivé
Symbol
G
Q
Skupina
A1
A2
1,35
1,0
1,0
1,0
1,5
1,3
0
0
Parciálne súčinitele parametrov zemín (M)
Parameter zeminy
Symbol
Skupina
uhol vnútorného trenia *
efektívna súdržnosť
φ΄
c΄
M1
1,0
1,0
M2
1,25
1,25
šmyková pevnosť za
neodvodnených podmienok
cu
1,0
1,4
jednoosová pevnosť
objemová tiaž
* tento súčiniteľ sa aplikuje na tgφ΄
qu

1,0
1,0
1,4
1,0
Parciálne súčinitele (R) plošných základov
Skupina
Únosnosť
Symbol
R1
R2
R3
zvislá únosnosť
R,v
1,0
1,4
1,0
vodorovné posunutie
R,h
1,0
1,1
1,0
12
Hĺbka založenia
U.T.
d
Hĺbka zakladania na posúdenie základov podľa I.
skupiny medzných stavov sa uvažuje ako
minimálna vzdialenosť medzi základovou škárou
a upraveným povrchom územia.
P.T.
d
13
Hĺbka zakladania na posúdenie základov podľa
II. skupiny medzných stavov sa pre výpočet
priťaženia v základovej škáre σol uvažuje ako
zvislá vzdialenosť medzi základovou škárou
a pôvodným povrchom územia.
Okrem účelových hľadísk sa pri návrhu hĺbky zakladania uplatňujú aj hľadiská
konštrukčné.
V závislosti od inžinierskogeologických a hydrogeologických pomerov staveniska
sa určuje hĺbka zakladania s ohľadom na stabilitu a sadanie konštrukcie tak, aby
sa vylúčili alebo obmedzili nepriaznivé účinky:
• okolitého prostredia na základovú pôdu (napr. zmrašťovanie, premŕzanie,
stekuťovanie),
• na susedné objekty.
Pokiaľ nie je možné nepriaznivé účinky celkom vylúčiť, je nutné pôsobenie na
tieto objekty posúdiť.
14
Klimatické vplyvy
Premŕzanie a vysychanie základovej pôdy svojimi dôsledkami ovplyvňujú hĺbku zakladania.
Z hľadiska premŕzania sa stanoví najmenšia hĺbka založenia takto:
• pri definitívnych stavbách založených na zeminách je potrebné základovú škáru voliť
pod hĺbkou premŕzania, t.j. najmenej 0,8 m pod upraveným povrchom územia;
• pri základoch na zeminách preukázateľne chránených proti premŕzaniu a pri
základoch provizórnych konštrukcií môže byť hĺbka základovej škáry menšia,
najmenej však 0,4 m.
Hĺbku zakladania je potrebné zväčšiť v oblastiach, kde je hodnota súčinu počtu
mrazových dní v súvislom období a priemernej zápornej teploty príslušnej pre tieto
mrazové dni (tzv. mrazový index) väčšia ako 625.
• Ak základovú pôdu tvoria objemovo nestále zeminy, stanoví sa najmenšia hĺbka
1,6 m pod upraveným povrchom územia. Toto ustanovenie neplatí pri dočasných
stavbách.
• Pri zakladaní na skalných horninách sa hĺbka zakladania stanovuje individuálne podľa
odolnosti skalnej horniny proti klimatickým vplyvom.
• Pri základoch s takým konštrukčným usporiadaním, ktoré odoláva dôsledkom
premŕzania alebo vysychania podložia, je možné hĺbku základovej škáry určiť
individuálne.
15
Posúdenie prekročenia medzného stavu únosnosti
Návrhová únosnosť základovej pôdy alebo odolnosť horninového prostredia závisí od:
• mechanických a fyzikálnych vlastností horninového prostredia,
• homogenity, izotropie,
• rozmerov, tvaru, hĺbky a prípadne od tuhosti základovej alebo inej geotechnickej
konštrukcie,
• mimostrednosti a šikmosti zaťaženia,
• hladiny podzemnej vody.
Na výpočet únosnosti sa používajú efektívne alebo totálne návrhové charakteristiky
šmykovej pevnosti horninového prostredia v závislosti od rýchlosti priťažovania, priepustnosti,
stupňa nasýtenia a stupňa prekonsolidácie horninového prostredia.
Pri posúdení prekročenia medzného stavu únosnosti posudzujeme:
Rd  σ d
• zvislé silové účinky
•
vodorovné silové účinky
16
Rdh  A  H d
Výpočet únosnosti základovej pôdy
pre neodvodnené podmienky
Návrhová únosnosť základovej pôdy pre neodvodnené podmienky sa stanoví podľa vzťahu:
Rd  π  2 cu ,d  sc  ic  qd  / γR
s bezrozmernými súčiniteľmi pre:
-- tvar základu:
sc = 1 + 0,2 (B´/L´)
pre pravouhlý tvar základu;
sc = 1,2
pre štvorcový alebo kruhový tvar.
-- odklon zaťaženia spôsobený vodorovným zaťažením H:
1 
H
ic  1  1 
2 
A  cu ,d

)


pre H ≤ A' . cud;
kde: qd
je návrhová hodnota priťaženia alebo povrchového zaťaženia v úrovni
základovej škáry (kN.m-2);
R parciálny súčiniteľ únosnosti, pre návrhový postup 2 sa rovná 1,4;
cud návrhová hodnota totálnej/neodvodnenej pevnosti zemín, cud = cuk/cu;
cuk charakteristická hodnota totálnej/neodvodnenej pevnosti zemín cu;
cu parciálny súčiniteľ totálnej/neodvodnenej pevnosti zemín, pre návrhový postup 2 sa rovná 1,0.
17
Zadanie č. 3a
Navrhnite a posúďte veľkosť základu pod stĺp rozmerov 0,5*0,5 m v hĺbke založenia D = 1,4 m, ktorý
má preniesť zvislé návrhové zaťaženie Vd = 500 kN. Základovú pôdu tvorí íl štrkovitý tuhej
konzistencie F2 (CG) ( = 19,5 kN.m-3, cu = 80 kPa, φu = 0°); b = 25,0 kN.m-3; z = 20,0 kN.m-3
Návrh:








zvolíme rozmery základu
B = L = 1,5 m
vypočítame výšku základu pre prostý betón
t = 2/3B = 1,0 m
vypočítame tiaž základovej pätky a zásypu:
GP + GZ = (B∙L∙t∙b∙F) + ((B∙L - BS∙LS)∙(D – t)∙z∙F) = ....... kN
upravená zvislá zložka zaťaženia
Vd + GP + GZ = ....................kN
vypočítame únosnosť základovej pôdy Rd pre neodvodnené podmienky
Rd = ((p + 2)cu,d∙sc∙ic + qd)/R = (.............)/1,4 = ................... kPa
vypočítame potrebnú efektívnu plochu základu A'
A' = (Vd + GP + GZ)/Rd = ................ m2
vypočítame min. rozmery pätky
B' = L' = √A' = √............ = ............... m
návrh rozmerov pätky
B/L/t = .................... m
18
Vd
U.T.
D
Posúdenie základu:

vypočítame tiaž základovej pätky a zásypu:
GP + GZ = (B∙L∙t∙b∙F) + ((B∙L - BS∙LS)∙(D – t)∙z∙F) = ....... kN

posúdime návrh z hľadiska I. skupiny MS - únosnosti
d = (Vd + GP + GZ)/A'  Rd → ....................  .............. kPa
Návrh základu vyhovuje/nevyhovuje
(ak návrh nevyhovuje navrhneme opatrenia, zmeníme návrh základu)
Posúdime:

vyloženie základu
tgα = t/a = t/((B – BS)/2) = ..............=............ > 1,4 vyloženie vyhovuje pre prostý betón

% využiteľnosti základu
%Rd = (d / Rd).100 = .......% > 90 – 95% vyhovuje/nevyhovuje
19
Zadanie č. 3b
Navrhnite založenie stĺpa (300/500 mm), ktorý má preniesť návrhové zaťaženie Fd = 1208 kN odklonené od zvislice
o uhol θ =15°. Základovú pôdu tvorí íl štrkovitý tuhej konzistencie F2 (CG) ( = 19,5 kN.m-3, cu = 80 kPa, φu = 0°);
b = 25,0 kN.m-3; z = 20,0 kN.m-3
U.T.
Návrh:
 zvolíme hĺbku základovej škáry
D = ....... m
 zvolíme rozmery základu





B = L = ................... m, podľa podmienky H ≤ A' . cud
vypočítame výšku základu
t = 2/3B = ................ m
vypočítam tiaž základovej pätky a zásypu:
GP + GZ = ........................ kN
stanovíme vertikálnu a horizontálnu zložku výslednice zaťaženia
Vd = Fd ∙ cosθ = ............. kN
Hd = Fd ∙ sinθ = ............. kN
upravená zvislá zložka zaťaženia
Vd + GP + GZ = ....................... kN
vypočítame únosnosť základovej pôdy Rd pre neodvodnené podmienky
Rd = ((p + 2)cu,d∙sc∙ic + qd)/R = (.............)/1,4 = ................... kPa
H ≤ A' . cud

Fd
.................... < .................... = ....... kN podmienka vyhovuje
vypočítame potrebnú efektívnu plochu základu A'
A' = (Vd + GP + GZ)/Rd = ................... m2
20
D
ic 
1 
H
1 1
2 
A´ cu ,d

  ..................


vypočítame min. rozmery pätky
B' = L' = √A' = √..................... m
návrh rozmerov pätky:
B/L/t = ........ m
Posúdenie základu:

vypočítame tiaž základovej pätky a zásypu:
GP + GZ = (B∙L∙t∙b∙F) + ((B∙L - BS∙LS)∙(D – t)∙z∙F) = ....... kN
excentricitu vplyvom sily H pre zjednodušenie zanedbáme

vypočítame únosnosť základovej pôdy Rd pre neodvodnené podmienky podľa vzťahu:
Rd = ((p + 2)cu,d∙sc∙ic + qd)/R = (.............)/1,4 = ................... kPa
1
H
ic   1  1 
2 
A´ cu ,d
H ≤ A' . c
.................... < .................... = ....... kN podmienka vyhovuje
ud

posúdime návrh z hľadiska I. skupiny MS - únosnosti
d = (Vd + GP + GZ)/A'  Rd → ....................  .............. kPa
Návrh základu vyhovuje/nevyhovuje
Posúdime:

vyloženie základu
tgα = t/a = t/((B – BS)/2) = ..............=............ > 1,4 vyloženie vyhovuje pre prostý betón


  ........


% využiteľnosti základu
%Rd = (d / Rd).100 = .......% > 90 – 95% vyhovuje/nevyhovuje
21