Co můžeme zakládat. Základy budov patky pasy. Mostní pilíře. Přehrady. desky

Transkript

1 Zakládání na skále

2 Co můžeme zakládat Základy budov patky pasy desky Mostní pilíře Přehrady

3 Příklady

4

5

6

7

8

9

10 VD Mšeno

11 Návrh základu ovlivňuje cenu a chování konstrukce

12 Na čem se zakládá -ukázky Stálá rovinná plocha

13 Svislá plocha protínající rovinné

14 Úžlabiny

15 Tahové trhliny u skalních svahů

16 Kras

17 Kontakt hornin

18

19

20

21 Plošné základy Základová spára na hornině, zatížení přenáší přímo únosnost horniny

22 Piloty Piloty opřené či vetknuté do horniny, zatížení je přeneseno únosností horniny pod pilotou popř. třením na plášti piloty

23 Porušení základů na skalní hornině Porušení usmyknutím či splastizováním

24 Stlačení diskontinuit Při otevřených puklinách či diskontinuitách s vyplněných měkkým materiálem

25 Prolomení pevné vrstvy Např. ve vrstevnatém prostředí, kdy na měkkém jílu je vrstva břidlice

26 Protlačení únosné vrstvy

27 Odlomením skalních hrotů V případě silně zvětralé horniny

28 Kolaps mělce uložených dutin a jeskyň

29 Stabilita svahu Stabilita zatíženích bloků čí skalních stěn

30 Porušení horniny creepem či překročením smykové pevnosti

31 Porušení hornin σ VLÁČNÝ KŘEHKÝ ε

32 basalt vysoká pevnost, křehké porušení σ ε

33 vápenec - střední pevnost,křehkost a tvrdost

34 Křída - malá pevnost, tuhost, zcela křehká

35 Stanovení únosnosti základu Teoretické i praktické přístupy křešení mezního zatížení plošných základů se dají rozdělit podle složitosti řešeného problému do několika směrů: běžný stabilitní problém zjišťující rovnováhu sil působících na předem zvolených smykových plochách (metoda mezní rovnováhy). Únosnost je určena z podmínky minima pro smykovou plochu kinematicky možnou proužkové metody, kdy se podzákladí nad smykovou plochou rozdělí na proužky nebo bloky a řeší se statická rovnováha za předpokladu, že vytvoření smykové plochy je kinematicky možné. řešení vycházející z teorie plasticity aplikují se diferenciální výminky rovnováhy prostředí v plastickém stavu s experimentálně určenými okrajovými podmínkami numerické metody (např. MKP).

36 Mohr - Coulomb předpokládá porušení materiálu největším smykovým napětím, při kterém nastává plastické přetvoření materiálu τ = f ( σ ) Pro skalní horniny se používá obalová křivka druhého a vyššího řádu σ d pevnost horniny v tlaku τ max s σt σ2 σd σ1 σ

37 H B podmínka Zřešení mnoha autorů zde uvedeme známou teorii podle Terzaghiho, neboť je podkladem pro zavedení nelineární H-B podmínky porušení do výpočtu únosnosti základové půdy tvořené skalními horninami. Hoek Brownova podmínka byla odvozena na základě vyhodnocení experimentálních měření

38 Kritérium porušení HB ( m s ) σ = σ + σ σ + σ 1 3 c c Kde: σ 1 - maximální hlavní napětí σ 3 - minimální hlavní napětí σ c - pevnost v prostém tlaku horninového vzorku m,s - pevnostní parametry horniny pro vrcholové podmínky

39 Pro křehký pružno-plastický materiál σ 1p - maximální hlavní napětí při vrchol. podmínkách σ 1r - maximální hlavní napětí při rezid. podmínkách σ 3 - minimální hlavní napětí σ c - pevnost v prostém tlaku horninového vzorku m p,s p - pevnostní parametry horniny pro vrchol. podm. m r,s r - pevnostní parametry horniny pro rezid. podm. 2 σ = σ + m σ σ + s σ 1p 3 p c 3 p c 2 σ = σ + m σ σ + s σ 1r 3 r c 3 r c

40 Pro křehký pružno-plastický materiál

41 Plošný základ na skalní horině

42 ČSN (1986)

43 ČSN (1986)

44 Výpočet únosnosti podle EC7-1 (EN :2003) Předpokládaná únosnost plošných základů na hornině s vodorovnou základovou sparou je v [4] popsána v příloze G (informativní) jako vzorová metoda. Pro málo pevné a porušené horniny se sevřenými diskontinuitami včetně křídy s menší pórovitostí než 35 % je odvození předpokládané únosnosti založeno na zatřídění do skupin hornin uvedených v tabulce 3.

45 Pro výpočet uvažuje EC7-1 také vzdálenost diskontinuit Sd, objemovou tíhu horniny g, Poissonovo číslo n a pevnost horniny v prostém tlaku sc. Předpokladá se, že konstrukce může přenést sedání rovné 0,5 % šířky základu. Hodnoty předpokládané únosnosti pro jiná sedání se mohou odvodit z přímé úměry. Pro porušené horniny s otevřenými nebo vyplněnými diskontinuitami se mají použít snížené hodnoty předpokládané únosnosti.

46 Skupiny hornin Skupina Typ horniny 1 Čisté vápence a dolomity Vápnité pískovce s nízkou pórovitostí 2 Vyvřeliny Oolitické a slínité vápence Dobře zpevněné pískovce Tvrdé vápnité jílovce Metamorfované horniny včetně břidlic a krystalických břidlic (plochá kliváž/foliace) 3 Značně slinité vápence Slabě zpevněné pískovce Břidlice a krystalické břidlice (strmá kliváž/foliace) 4 Slabě zpevněné jílovce a břidlice

47

48 EC 7 1 (EN :2003)

49 Řešení s využitím Hoek Brownovy podmínky Pro plošný základ na skalní hornině se používá upravené Terzaghiho řešení pro zeminy s dodržením následujících (původních) předpokladů: předpokládal nekonečně dlouhý pás tj. řešení převedl na rovinnou úlohu vlastní podloží uvažoval zjednodušeně homogenní uvažoval základ natolik drsný, že přenáší na základovou půdu tangenciální napětí směřující k ose základu pod vlastním základem se vytvoří aktivní oblast tvořená tuhým klínem ( v pružném stavu), kde se jednotlivé částice pohybují pouze svisle dolů se základem. mimo vlastní základ se vytvoří pasivní oblast mezi aktivní a pasivní oblastí je přechodová plastická oblast omezená smykovou plochou ve tvaru logaritmické spirály, při symetrickém porušení mají společnou svislou tečnu.

50 Řešení s využitím Hoek Brownovy podmínky Tvar smykové plochy v Terzaghiho (a Prandtlově) řešení

51 Řešení s využitím Hoek Brownovy podmínky Pro stanovení únosnosti použil použil Terzaghi superposici tří stavů: zeminy bez vlastní tíhy zatížená okolím základu q 0 zeminy bez vlastní tíhy se soudržností c, zeminy s vlastní tíhou γ bez tíhy zeminy v okolí. Teoreticky není tato superposice oprávněná z hlediska nelineární závislosti na dráze napětí, nicméně řešení dává bezpečné hodnoty

52 Řešení s využitím Hoek Brownovy podmínky Mezní zatížení stanovil Terzaghi obecně vzorcem: b Ru = cn c + q0n q + γ N γ 2 c soudržnost zeminy q 0 ekvivalentní rovnoměrné zatížení zohledňující vliv hloubky založení základu b šířka základu g objemová tíha zeminy N c,n q,n γ součinitele únosnosti závislé na úhlu vnitřního tření zeminy

53 Řešení s využitím Hoek Brownovy podmínky Pro plošný základ na skalní hornině se nabízí možnost záměny MC podmínky HB podmínkou. σ b γ 2 0,5 Rd = s c N s + q0 N q + 2 N γ σ c pevnost horniny v prostém tlaku s nelineární parametry závisející na vlastnostech horniny q 0 ekvivalentní q rovnoměrné zatížení zohledňující vliv hloubky 0 = γ 1d založení základu d hloubka základové spáry γ 1 objemová tíha zeminy nad základovou sparou b šířka základu γ objemová tíha horniny N q,n γ součinitelé únosnosti závislé na úhlu vnitřního tření horniny N s součinitel únosnosti, závislý na GSI, D, m i

54 Řešení s využitím Hoek Brownovy podmínky Součinitel únosnosti N s (D=0,0) s = e GSI D Nq 2 π ϕ tgϕ 1 3 sec 2 π ϕ = e N γ ( N q 1) = π ϕ tg ϕ 2 e 2cosϕ

55 Řešení s využitím Hoek Brownovy podmínky Tabulka koeficientů D (porušení masivu) Tabulka koeficientů m i (Hoek)

56 Řešení s využitím Hoekovy - Brownovy podmínky je zajištěna platnost Terzaghiho řešení včetně superposice tří stavů: (1) zeminy bez vlastní tíhy zatížené okolím základu q0, (2) zeminy bez vlastní tíhy se soudržností c, (3) zeminy s vlastní tíhou g bez tíhy zeminy v okolí, homogenní a isotropní horninový masiv je možné idealizovat jako perfektně plastický materiál,

57

58 σ b γ 2 0,5 Rd = s cn s + q0n q + 2N γ Nq 1 sec 2 π ϕ = + e π ϕ tgϕ 3 N γ ( N 1) q = π ϕ tg ϕ 2 e 2cosϕ Součinitel únosnosti Ns závislý na GSI,D, mi je uveden tabelárně

59 Výpočet únosnosti na základě disipace energie únosnost plošného základu na skalní hornině za pomoci klasické optimalizace funkce popisující rovnováhu vnitřní a vnější práce při porušení plastické rovnováhy v hornině pod základem

60 Řešení dle Yanga disipace energie Rozdělení plastické oblasti pod základem podle Yanga

61 Řešení dle Yanga disipace energie

62 Řešení dle Yanga disipace energie

63 Výpočet únosnosti podle Serrana a Olalla Jen vodorovná spára Charakteristická křivka β q f γ γ 2 Charakteristická křivka α

64 Shrnutí a závěry: Srovnávací výpočty ukazují, že pro středně pevné horniny se značnou puklinatostí dávají metody srovnatelné výsledky, ale Pro horniny s nízkou nebo naopak s vysokou krychelnou pevností se výsledky výpočtů založených na H-B kriteriu porušení rozcházejí s výsledky klasických metod zejména kvůli způsobu hodnocení kvality horniny Nové metody pracují s větším počtem parametrů dílčích kriterií, která se stanovují na základě indexových klasifikací, materiálových konstant a dalších (např.technologických) vlivů Vliv těchto parametrů je značný a při nehomogenitě horninového masivu se doporučuje jejich statistické zpracování