) θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη ή ίση από την αντίστοιχη τάση μετά από την κατασκευή της ανωδομής ( σ. ). Δηλαδή, θα πρέπει να ισχύει : σ ΚΤΙΡΙΟ A

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download ") θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη ή ίση από την αντίστοιχη τάση μετά από την κατασκευή της ανωδομής ( σ. ). Δηλαδή, θα πρέπει να ισχύει : σ ΚΤΙΡΙΟ A"

Φρίξος Ἀλεξανδρεύς Αντωνόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΜΑΘΗΜΑ : ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι - 5 ο Εξ. Πολιτικών Μηχανικών - Ακαδημαϊκό Έτος : η ΣΕΙΡΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΧΟΛΙΑ Επιμέλεια : Γιάννης Κουκούλης, Υποψήφιος Διδάκτορας ΕΜΠ Για την επίλυση των ασκήσεων είναι απαραίτητη η γνώση της μεθόδου της επίπλευσης. Η γενική αρχή, που πρέπει να ισχύει για να μπορεί να γίνει θεμελίωση με επίπλευση, είναι η εξής : «Η τάση του εδάφους στην στάθμη της θεμελίωσης από την κατασκευή της ανωδομής ( σ. ) θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη ή ίση από την αντίστοιχη τάση μετά από την θεµ κατασκευή της ανωδομής ( σ. ). Δηλαδή, θα πρέπει να ισχύει : σ θεµ σ (*).» ΑΣΚΗΣΗ 1.1 Απάντηση Ζητείται το βάθος θεμελίωσης d, έτσι ώστε να μην προκύψουν σοβαρά προβλήματα στην θεμελίωση του παρακάτω κτιρίου. ΚΤΙΡΙΟ A p = 145 kpa d =? Σ.Θ. 0 m Μαλακή Άργιλος ρ = 1.80 Mgr/m (Ασυμπίεστο) Πριν την κατασκευή του κτιρίου : σ 1,θεµ. = ρ g d (1) Μετά την κατασκευή του κτιρίου : σ 1, () Εφαρμόζω την μέθοδο της ολικής επίπλευσης. Ισχύει : (*) σ 1, σ ( 1), () ρ g d p p d () ρ g Για p = 145 kpa = 145 kn/m = 145 Mgr/m sec, ρ = 1.80 Mgr/m και g = 10 m/sec, η παραπάνω σχέση () δίνει : p 145 Mgr / m sec () d = d 8.06 m. ρ g 1.80 Mgr / m 10 m / sec Επομένως, για βάθος d > 8.00 m δεν αναμένονται σοβαρά προβλήματα στην θεμελίωση του κτιρίου. ΑΣΚΗΣΗ 1. Απάντηση (α) Με δεδομένο το βάθος θεμελίωσης d = 6.00 m, θα υπολογιστούν οι τάσεις στο έδαφος και μετά την κατασκευή του κτιρίου.

2 ΜΑΘΗΜΑ : ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι - 5 ο Εξ. Πολιτικών Μηχανικών - Ακαδημαϊκό Έτος : ΚΤΙΡΙΟ Β p = 180 kpa d = 6.00 m Σ.Y.O. / Σ.Θ. 5 m Άργιλος ρ = 1.90 Mgr/m Πριν την κατασκευή του κτιρίου : σ 1,θεµ. = ρ g d (1) Μετά την κατασκευή του κτιρίου : σ 1, () Για p = 180 kpa = 180 kn/m = 180 Mgr/m sec, ρ = 1.90 Mgr/m, g = 10 m/sec και d = 6.00 m, οι παραπάνω σχέσεις δίνουν : (1) σ = 1.90 Mgr / m 10 m / sec 6.00 m σ = 114 Mgr / m sec σ 1,θεμ. =114 kpa μετά () σ 1,θεμ. =180 kpa Η μεταβολή των τάσεων του εδάφους στην στάθμη θεμελίωσης με την κατασκευή του κτιρίου είναι ίση με : μετά Δσ θεμ.. = σ 1,θεμ. - σ 1,θεμ. = Δσ θεμ.. = 66 kpa Επειδή ισχύει σ 1, < σ 1,, με την κατασκευή του κτιρίου έχουμε υποχώρηση του εδάφους θεμελίωσης. Το μέγεθος των υποχωρήσεων εξαρτάται αφενός μεν από τη διαφορά των τάσεων Δσ θεμ.. = 66 kpa και αφετέρου από τη συμπιεστότητα του εδάφους. (β) Ζητείται το ύψος h του επιχώματος προφόρτισης, έτσι ώστε μετά την αφαίρεσή του και την κατασκευή του κτιρίου Β να μην υπάρξουν σοβαρά προβλήματα θεμελίωσης. h =? Επίχωμα ρ επ = 1.80 Mgr/m d = 6.00 m Σ.Y.O. / Σ.Θ. Άργιλος ρ = 1.90 Mgr/m 5 m Θα υπολογιστούν οι τάσεις στο έδαφος στην στάθμη της θεμελίωσης d = 6.00 m, κατά την επιβολή της προφόρτισης όσο και μετά την κατασκευή του κτιρίου.

3 ΜΑΘΗΜΑ : ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι - 5 ο Εξ. Πολιτικών Μηχανικών - Ακαδημαϊκό Έτος : προ. Κατά την επιβολή της προφόρτισης : σ = ρ g d + ρεπ. g h () Μετά την κατασκευή του κτιρίου : σ 1, (4) Εφαρμόζω την μέθοδο της ολικής επίπλευσης. Ισχύει : πρo. (*) σ σ ( ), (4) g d + g h p ρ g d ρ ρ επ. p h (5) ρ επ. g Για p = 180 kpa = 180 kn/m = 180 Mgr/m sec, ρ = 1.90 Mgr/m, g = 10 m/sec, d = 6.00 m και ρ επ. = 1.80 Mgr/m η παραπάνω σχέση (5) δίνει : p ρ g d 180 Mgr / m sec 1.90 Mgr / m 10 m / sec 6.00 m (5) h = h.67 m. g 1.80 Mgr / m 10 m / sec ρ επ. Επομένως, για ύψος του επιχώματος προφόρτισης ίσο με h =.67 m δεν αναμένονται σοβαρά προβλήματα στην θεμελίωση. ΑΣΚΗΣΗ 1. Απάντηση (α) Πιθανά προβλήματα : (1) Ρωγμές στα παρακείμενα κτίρια λόγω της εκσκαφής και λόγω της ταπείνωσης της ΣΥΟ. () Διήθηση υπογείων υδάτων εντός του σκάμματος (κάτω από τη ΣΥΟ) () Αστάθεια του πυθμένα της εκσκαφής λόγω της υδραυλικής κλίσης προς τα άνω. Ειδικότερα : Η στάθμη της θεμελίωσης για τα γειτονικά, ήδη υπάρχοντα, κτίρια της περιοχής είναι στα.00 m. Το νέο εξεταζόμενο κτίριο, που έχει μεγαλύτερο ύψος από τα ήδη υπάρχοντα, θα θεμελιωθεί σε βάθος μεγαλύτερο από.00 m. Τα πιθανά προβλήματα, που θα εμφανιστούν κατά την θεμελίωση του νέου κτιρίου, είναι τα εξής : Η στάθμη του Υδροφόρου Ορίζοντα είναι σε βάθος.00 m από την στάθμη της φυσικής επιφάνειας. Με δεδομένο ότι η στάθμη της θεμελίωσης του νέου κτιρίου θα είναι σε βάθος μεγαλύτερο από.00 m, θα προκύψουν προβλήματα από την ροή των υπογείων υδάτων. Επομένως, θα πρέπει να αντληθούν οι ποσότητες των υπογείων υδάτων, έτσι ώστε να γίνει υποβιβασμός της στάθμης του Υδροφόρου Ορίζοντα για την απρόσκοπτη εκτέλεση των εργασιών. Εξαιτίας της γειτνίασης με ήδη υπάρχοντα κτίρια είναι αναγκαίο να χρησιμοποιηθούν ειδικές μέθοδοι για την στεγανοποίηση του χώρου της εκσκαφής (π.χ. δημιουργία περιμετρικής στεγανοποιητικής τάφρου στον χώρο της εκσκαφής και εν συνεχεία άντληση του συγκεντρωμένου ύδατος). Με την εκσκαφή θα δημιουργηθούν πρανή από το υλικό της χαλαρής άμμου, το οποίο ευνοεί τις κατακρημνίσεις. Η μη αντιστήριξη των πρανών της εκσκαφής θα οδηγήσει, επίσης, σε διαφορικές υποχωρήσεις των διπλανών κτιρίων. Επομένως, θα πρέπει να ληφθεί ιδιαίτερη μέριμνα στην αντιστήριξη των πρανών. Η τελευταία μπορεί να επιτευχθεί με κατασκευή τοίχων αντιστήριξης από σκυρόδεμα (Sheet-pile Walls), οι οποίοι θα συγκρατούνται με μεταλλικές ράβδους (Struts) που δεν επιτρέπουν μετακινήσεις ανάμεσά τους. Το μειονέκτημα της μεθόδου είναι η σχετικά δύσκολη εκτέλεση των εργασιών στην εκσκαφή της θεμελίωσης.

4 ΜΑΘΗΜΑ : ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι - 5 ο Εξ. Πολιτικών Μηχανικών - Ακαδημαϊκό Έτος : Struts d =.00 m Sheet-pile Walls Σ.Θ. Σ.Y.O. 16 m Χαλαρή Άμμος ρ = 1.80 Mgr/m Η χαλαρή άμμος, ως έδαφος θεμελίωσης, είναι υλικό που αναμένεται να αναπτύξει μεγάλες παραμορφώσεις με την παραλαβή των φορτίων της κατασκευής. Επομένως, υπάρχει κίνδυνος να αναπτυχθούν μεγάλες καθιζήσεις υποχωρήσεις, με συνέπεια την αστοχία της θεμελίωσης. Η επιλογή της συχνής, για τα οικοδομικά έργα, επιφανειακής μεθόδου θεμελίωσης με πέδιλα θα πρέπει να αποφεύγεται σε τέτοιες περιπτώσεις. (β) Τύπος θεμελίωσης : Γενική κοιτόστρωση και στεγανολεκάνη Ειδικότερα, για τους διάφορους τύπους της θεμελίωσης, που μπορούν να επιλεγούν, ισχύουν τα εξής : o Λόγω της ύπαρξης χαλαρής άμμου, ως εδάφους θεμελίωσης, το έδαφος δεν μπορεί να αναλάβει μεγάλα φορτία χωρίς να υποστεί μεγάλες παραμορφώσεις. Οι τελευταίες αποτελούν την αιτία εμφάνισης διαφορικών καθιζήσεων στα κτίρια. Επομένως, υπάρχει κίνδυνος για αστοχία του έργου στην περίπτωση χρησιμοποίησης μεμονωμένων πέδιλων θεμελίωσης. o Για τους εναλλακτικούς τρόπους επιφανειακής θεμελίωσης, ισχύει η αρχή της διανομής των φορτίων της κατασκευής σε μεγαλύτερη επιφάνεια, με σκοπό να μειωθούν οι τάσεις στην ζώνη επιρροής του έργου και οι αντίστοιχες υποχωρήσεις. Σε αυτήν την κατηγορία, κύριες μέθοδοι είναι η θεμελίωση μέσω εσχάρας πεδιλοδοκών, καθώς και η θεμελίωση με γενική κοιτόστρωση. Και οι δύο μέθοδοι βελτιώνουν την στατική λειτουργία της κατασκευής σε περίπτωση ανακατανομής του φορτίου στα υποστυλώματά της. o Υπάρχουν και οι μέθοδοι ενίσχυσης του εδάφους, μέσω προφόρτισης, για την βελτίωση των ασθενών στρώσεων. Όμως, η εφαρμογή της προφόρτισης έχει ως μειονέκτημα την τυχόν χρονική καθυστέρηση του έργου, μέχρι να επιτευχθούν οι επιθυμητές υποχωρήσεις του εδάφους. Για περιβαλλοντικούς λόγους υπάρχει δυσκολία στην εύρεση και διάθεση των απαιτούμενων ποσοτήτων εδαφικών υλικών για τα επιχώματα προφόρτισης. o Η μέθοδος βελτίωσης των επιφανειακών, ασθενών στρώσεων με συμπύκνωση είναι απορριπτική, διότι εάν εκτελεστεί με δυναμικές μεθόδους υπάρχει κίνδυνος πρόκλησης βλαβών στα γειτονικά κτίρια από τις δονήσεις. Σημαντική είναι και η αύξηση του κόστους. o Η μερική ή ολική αντικατάσταση του εδάφους με άλλα ανθεκτικότερα υλικά δεν είναι επιτρεπτή σε αυτήν την περίπτωση, επειδή η αντικατάσταση θα έπρεπε να γίνει σε μεγάλο βάθος, εξαιτίας του μεγάλου βάθους εκσκαφής. Η επιλογή της μεθόδου

5 ΜΑΘΗΜΑ : ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι - 5 ο Εξ. Πολιτικών Μηχανικών - Ακαδημαϊκό Έτος : θα είχε σαν συνέπεια την μεγάλη χρονική καθυστέρηση των εργασιών, καθώς και το αυξημένο κόστος. o Η θεμελίωση με πασσάλους τριβής αιχμής θα μπορούσε να επιλεγεί ως μέθοδος θεμελίωσης του κτιρίου. Όμως, επειδή το βάθος όπου βρίσκεται το εδαφικό υπόβαθρο είναι στα 18m από την φυσική επιφάνεια του εδάφους, το κόστος της μεθόδου είναι πολύ υψηλό, με συνέπεια η χρήση της να γίνεται απαγορευτική. Πάντως, η επιλογή της μεθόδου θα είχε καλύτερα αποτελέσματα ως προς τα μεγέθη των υποχωρήσεων. Από όλα τα παραπάνω, γίνεται κατανοητό ότι οι εναλλακτικές μέθοδοι επιφανειακής θεμελίωσης (εσχάρα πεδιλοδοκών, γενική κοιτόστρωση) είναι οι λύσεις, που θα μπορούσαν να επιλεγούν για την θεμελίωση του κτιρίου. (γ) Σε περίπτωση κατασκευής τριών υπογείων (βάθος 9-10μ) θα πρέπει να γίνει αντιστήριξη των παρακείμενων κτιρίων και άντληση των υπογείων υδάτων. Λόγω της μεγάλης διαπερατότητας του εδάφους (άμμος) η ταπείνωση της ΣΥΟ θα είναι δυσχερής και μπορεί να προκληθούν καθιζήσεις στα παρακείμενα κτίρια. Ειδικότερα, το ύψος ενός υπογείου πολυκατοικίας είναι περίπου.00 m. Επομένως, για υπόγεια το συνολικό βάθος της εκσκαφής θα είναι στα 9.00 m περίπου. Η εκσκαφή σε αυτό το βάθος παρουσιάζει διάφορα προβλήματα. Το κύριο πρόβλημα εντοπίζεται στην ύπαρξη της στάθμης του Υδροφόρου Ορίζοντα στα.00 m. Είναι επιτακτική η άντληση των υπογείων υδάτων στην εκσκαφή της θεμελίωσης, καθώς και η ανάγκη κατασκευής έργων αντιστήριξης των πρανών της χαλαρής άμμου που θα δημιουργηθούν με την εκσκαφή. Σε αντίθετη περίπτωση, στην χαλαρή άμμο δημιουργούνται αστάθειες, με αποτέλεσμα την αστοχία των πρανών καθώς και την ύπαρξη κινδύνου διαφορικών καθιζήσεων στα γειτονικά κτίρια. Είναι φανερό ότι οι τελευταίες αποτελούν την αιτία των ρηγματώσεων στις γειτονικές κατασκευές, με συνέπεια να υπάρχει κίνδυνος σοβαρών βλαβών. Με βάση όλα τα παραπάνω, εκτιμάται ότι η καλύτερη λύση για την θεμελίωση του κτιρίου είναι η θεμελίωση με πασσάλους αιχμής, διότι το βάθος από το επίπεδο εκσκαφής μέχρι το επίπεδο που συναντάμε την στρώση του βράχου είναι σχετικά μικρό. Πάντως, σημαντικό ρόλο στις αποφάσεις Μηχανικού έχει το κόστος κατασκευής, κάτι που πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη και σε αυτήν την περίπτωση.

Σχετικά έγγραφα

.. - : (5.. ) 2. (i) D, ( ).. (ii) ( )

.. - : (5.. ) 2. (i) D, ( ).. (ii) ( ) .. - : (5.. ) 64 ( ). v, v u : ) q. ) q. ) q. ( ) 2. (i) D, ( ) ( ).. (ii) e ( ). 3. e 1 e 2. ( ) 1 0. +1.00 1. (+5.00) 4. q = 50 kn/m 2, (...) 1.0m... = 1.9 Mg/m 3 (...) 5. p = 120 5m. 2 P = 80. ( 40m