Dzisiejszy wpis rozpoczyna serię artykułów na temat uproszczonej analizy rzeczywistego problemu geotechnicznego, który będzie polegać na wykonaniu obliczeń MES (Metoda Elementów Skończonych) w celu wyznaczenia sił wewnętrznych w konstrukcji oraz na wymiarowaniu ścianki szczelnej, kleszcza stalowego, mikropala kotwiącego i pali CFA. Niniejszy wpis poświęcony będzie analizie MES.
Podczas wymiarowania elementów konstrukcji wykorzystane zostaną następujące programy i podejścia obliczeniowe:
- Nośność na zginanie i ściskanie ścianki szczelnej na podstawie PN-EN 1993-5
- Nośność pionowa ścianki szczelnej na podstawie metody francuskiego Centralnego Laboratorium Dróg i Mostów z wykorzystaniem programu Ścianka szczelna CPT
- Nośność kleszcze stalowego z wykorzystaniem programu Nośność kleszcza stalowego
- Nośność pionowa pali CFA na postawie polskiej normy palowej oraz niemieckich zaleceń EAP z wykorzystaniem programów Nośność pali PN i EC7 i Nośność pali CPT
- Zbrojenie pali na podstawie Eurokodu 2 z wykorzystaniem programu Zbrojenie przekroju
Opisywany przypadek dotyczy:
- pogrążenia ścianki szczelnej do rzędnej -15,00 m.n.p.m.
- wykonanie mikropali kotwiących, głowica mikropala na rzędnej +0,5 m.n.p.m.
- Rozstaw mikropali r=2,8m
- wykonania wykopu do rzędnej -5,50 m.n.p.m.
- obniżenia zwierciadła wody gruntowej w wykopie do rzędnej -5,50 m.n.p.m.
- wykonania na naziomie placu składowego, drogi dojazdowej oraz hali magazynowej na elementy ciężkie
- Schemat statyczny ścianki jako utwierdzona w gruncie
Grunty oraz ich parametry wykorzystane w obliczeniach (parametry gruntowe zostały wymyślone na potrzeby tego przykładu. Zastosowano efektywne parametry gruntowe – zakładamy długotrwały, powolny przyrost obciążeń oraz uśrednione wartości sondowania CPT qc i cu):
- Zasyp – piasek średni

- Ciężar objętościowy ɣ=19kN/m3
- Moduł sprężystości E=45MPa
- Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=32°
- qc=5MPa
- Ia – Namuł

- Ciężar objętościowy ɣ=17kN/m3
- Moduł sprężystości E=0,5MPa
- Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=17°
- Spójność c=5kPa
- cu=42kPa
- qc=0,2MPa
- Ib – Namuł

- Ciężar objętościowy ɣ=17,5kN/m3
- Moduł sprężystości E=1,5MPa
- Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=20°
- Spójność c=8kPa
- cu=71kPa
- qc=0,5MPa
- IIa – Piasek drobny

- Ciężar objętościowy ɣ=20kN/m3
- Moduł sprężystości E=50MPa
- Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=33°
- qc=10MPa
- IIb – Piasek średni

- Ciężar objętościowy ɣ=20kN/m3
- Moduł sprężystości E=60MPa
- Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=34°
- qc=17MPa
- IIc – Piasek średni

- Ciężar objętościowy ɣ=21kN/m3
- Moduł sprężystości E=85MPa
- Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=35°
- qc=31MPa
- IIIa – Glina

- Ciężar objętościowy ɣ=20kN/m3
- Moduł sprężystości E=19,70MPa
- Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=24°
- Spójność c=20kPa
- cu=285kPa
- qc=1,2MPa
Profile geotechniczne, na podstawie których wykonano obliczenia
| Nazwa | Rzędna [m.p.p.t] |
y [kN/m3] |
E [MPa] |
ϕ [°] |
c [kPa] |
cu [kPa] |
qc [MPa] |
Id/IL [-] |
| Zasyp | 2 | 19 | 45 | 32 | – | – | 5 | 0,41 |
| Ia | 3,5 | 17 | 0,5 | 17 | 5 | 42 | 0,2 | 0,75 |
| IIa | 4,3 | 20 | 50 | 33 | – | – | 10 | 0,55 |
| Ia | 7,5 | 17 | 0,5 | 17 | 5 | 42 | 0,2 | 0,75 |
| IIa | 9,3 | 20 | 50 | 33 | – | – | 10 | 0,55 |
| Ia | 10 | 17 | 0,5 | 17 | 5 | 42 | 0,2 | 0,75 |
| IIa | 11,5 | 20 | 50 | 33 | – | – | 10 | 0,55 |
| Ib | 13,1 | 17,5 | 1,5 | 20 | 8 | 71 | 0,5 | 0,70 |
| IIb | 15 | 20 | 60 | 34 | – | – | 17 | 0,67 |
| IIc | 22 | 21 | 85 | 35 | – | – | 31 | 0,88 |
| Nazwa | Rzędna [m.p.p.t] |
y [kN/m3] |
E [MPa] |
ϕ [°] |
c [kPa] |
cu [kPa] |
qc [MPa] |
Id/IL [-] |
| Zasyp | 1,5 | 19 | 45 | 32 | – | – | 5 | 0,41 |
| Ia | 3,2 | 17 | 0,5 | 17 | 5 | 42 | 0,2 | 0,75 |
| Ib | 3,8 | 17,5 | 1,5 | 20 | 8 | 71 | 0,5 | 0,70 |
| Ia | 5,3 | 17 | 0,5 | 17 | 5 | 42 | 0,2 | 0,75 |
| Ib | 6,3 | 17,5 | 1,5 | 20 | 8 | 71 | 0,5 | 0,70 |
| Ia | 7,5 | 17 | 0,5 | 17 | 5 | 42 | 0,2 | 0,75 |
| IIa | 9,3 | 20 | 50 | 33 | – | – | 10 | 0,55 |
| IIIa | 11,5 | 20 | 19,7 | 24 | 20 | 285 | 1,2 | 0,15 |
| IIc | 13,1 | 21 | 85 | 35 | – | – | 31 | 0,88 |
| IIb | 15 | 20 | 60 | 34 | – | – | 17 | 0,67 |
| IIc | 22 | 21 | 85 | 35 | – | – | 31 | 0,88 |
Przyjęto następujące charakterystyczne obciążenia oddziaływujące na konstrukcję:
- Droga dojazdowa oraz plac manewrowy – 20kPa
- Obciążenie użytkowe w pasie bezpieczeństwa przy ściance szczelnej – 10kPa
- Place składowe – 50kPa
- Obciążenie hali magazynowej od składowanego materiału – 100kPa
Wszystkie z podanych obciążeń są traktowane jako obciążenia zmienne ze współczynnikiem ɣq = 1,5 oraz współczynnikami jednoczesności obciążeń Ψ1=0,9 i Ψ2=0,8. Ze względu na specyfikę oprogramowania MES do obliczeń geotechnicznych ciężar własny konstrukcji przyjęty został ze współczynnikiem ɣg = 1.
W celu przeprowadzenia prostej analizy porównawczej obliczenia wykonano dla dwóch schematów obciążeń. Schemat 1 zakłada wykonanie drogi dojazdowej oraz placu manewrowego na szerokości 20m za ścianką, następnie posadowienie hali magazynowej o szerokości 10m oraz zaplanowanie placów składowych za halą. Schemat 2 zakłada pas bezpieczeństwa szerokości 2,5m za ścianką szczelną, następnie wykonanie placów składowych szerokości 12,5m, hali magazynowej o szerokości 10m oraz drogi dojazdowej wraz z placem manewrowym.
Ze względu na różnice w profilach geotechnicznych dla obu przypadków zaproponowano drobne zmiany w konstrukcji. W Schemacie 1 mikropal kotwiący jest w nachyleniu 35° w stosunku do 40° w Schemacie 2 i pale CFA mają długość 14m w Schemacie 1 oraz 12m w Schemacie 2. W obu przypadkach zastosowano ściankę szczelną AZ 24-700.
Dla opisanych powyżej założeń i danych otrzymano następujące wyniki.

Rys.1 Wykres momentów zginających dla Schematu 1

Rys.2 Wykres momentów zginających dla Schematu 2

Rys.3 Wykres sił ściskających dla Schematu 1

Rys.4 Wykres sił ściskających dla Schematu 2
Podsumowanie
W niniejszym wpisie przedstawiono wyniki obliczeń dla dwóch schematów obciążeń ścianki szczelnej jednokrotnie kotwionej. Na ściankę działają znaczne siły obciążające naziom. Obliczenia wykonano z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES).
W kolejnych wpisach opiszę wymiarowanie poszczególnych elementów konstrukcji.
Część 2 – Wymiarowanie ścianki szczelnej
Część 3 – Wymiarowanie mikropala kotwiącego
Jeśli nie masz konta to nie czekaj! Zarejestruj się i korzystaj z aplikacji już dziś!
Brak komentarzy