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:

1. pogrążenia ścianki szczelnej do rzędnej -15,00 m.n.p.m.
2. wykonanie mikropali kotwiących, głowica mikropala na rzędnej +0,5 m.n.p.m.
3. Rozstaw mikropali r=2,8m
4. wykonania wykopu do rzędnej -5,50 m.n.p.m.
5. obniżenia zwierciadła wody gruntowej w wykopie do rzędnej -5,50 m.n.p.m.
6. wykonania na naziomie placu składowego, drogi dojazdowej oraz hali magazynowej na elementy ciężkie
7. 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):

1. Zasyp – piasek średni

   

   • Ciężar objętościowy ɣ=19kN/m³
   • Moduł sprężystości E=45MPa
   • Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=32°
   • q_c=5MPa
2. Ia – Namuł

   

   • Ciężar objętościowy ɣ=17kN/m³
   • Moduł sprężystości E=0,5MPa
   • Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=17°
   • Spójność c=5kPa
   • c_u=42kPa
   • q_c=0,2MPa
3. Ib – Namuł

   

   • Ciężar objętościowy ɣ=17,5kN/m³
   • Moduł sprężystości E=1,5MPa
   • Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=20°
   • Spójność c=8kPa
   • c_u=71kPa
   • q_c=0,5MPa
4. IIa – Piasek drobny

   

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

   

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

   

   • Ciężar objętościowy ɣ=21kN/m³
   • Moduł sprężystości E=85MPa
   • Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=35°
   • q_c=31MPa
7. IIIa – Glina

   

   • Ciężar objętościowy ɣ=20kN/m³
   • Moduł sprężystości E=19,70MPa
   • Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=24°
   • Spójność c=20kPa
   • c_u=285kPa
   • q_c=1,2MPa

Profile geotechniczne, na podstawie których wykonano obliczenia

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 ɣ_q = 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 ɣ_g = 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!