Katedra Geotechniki

i Mechaniki Budowli

WYDZIAŁ NAUK TECHNICZNYCH Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

Budownictwo Podziemne

Ćwiczenia projektowe

dr inż. Ireneusz Dyka – pok. 6 [„Pentagon”] http://wbl.uwm.edu.pl/prac/dyka/www/dyka.htm

e-mail: [email protected]

Literatura:

•

Błaszczyk W., Stamatello M.: „Budowa miejskich sieci kanalizacyjnych”. Arkady, W-wa 1976.

•

Barecki M.: „Mechanika budowli podziemnych. Skrypt Politechniki Śląskiej, Gliwice 1980.

•

Bartoszewski J., Lessear S.: „Tunele i przejścia podziemne w miastach”. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, W-wa 1971.

•

Dawydow S. S.: „Obliczanie i projektowanie konstrukcji podziemnych”. Wydawnictwo MON, W-wa 1954.

•

Dembicki E., ... - praca zbiorowa: „Fundamenty”. Arkady, W-wa 1976.

•

Gałczyński S.: „Budowle podziemne. Zarys projektowania i wykonawstwo”. Skrypt Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1979.

•

Gałczyński S.: „Podstawy budownictwa podziemnego”. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001.

•

Glinicki S. P.: „Podstawy budowli podziemnych”. Skrypt Politechniki Białostockiej, Białystok 1986.

•

Glinicki S. P.: „Budowle podziemne”. Skrypt Politechniki Białostockiej, Białystok 1994.

•

Kuczyński J.: „Miejskie budowle sanitarne i podziemne”. PWN, W-wa 1980.

•

Lessear S.: „Miejskie tunele, przejścia podziemne i kolektory”. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, W-wa 1979.

•

Stamatello M.: „Tunele i miejskie budowle podziemne”. Arkady, W-wa 1970.

•

Kisiel I.: „Mechanika skał i gruntów”. PWN, W-wa 1982.

Normy:

PN-S-02203:1997 „Tunele komunikacyjne. Terminologia i klasyfikacja”

PN-85/S-10030 „Obiekty mostowe. Obciążenia”

PN-88/B-02014 „Obciążenia budowli. Obciążenie gruntem” PN-82/B-02001 „Obciążenia budowli. Obciążenia stałe” PN-82/B-02004 „Obciążenia budowli. Obciążenia pojazdami” PN-83/B-03010 „Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie” PN-81/B-03020 „Grunty budowlane. Posadowienie bezpośrednie budowli. Obliczenia statyczne i projektowanie” PN-B-03264:2002 „Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i projektowanie”

1. Opis techniczny: przedmiot i podstawa opracowania, założenia projektowe, lokalizacja obiektu, zakres projektu, konstrukcja budowli, materiały użyte, charakterystyka geologiczno inżynierska, etapy wykonywania konstrukcji, informacje dodatkowe – wyposażenie, uwagi końcowe.

2. Obliczenia statyczne i wymiarowanie: 2.1. Przyjęcie wymiarów geometrycznych przejścia 2.1.1. Długość przejścia podziemnego.

2.1.2. Szerokość przejścia podziemnego.

2.1.3. Wysokość przejścia podziemnego (w świetle)

2.2. Zebranie obciążeń.

2.2.1. Zebranie obciążeń na płytę górną.

2.2.1.1. Obciążenia stałe (konstrukcja nawierzchni + warstwy podłoża + konstrukcja).

2.2.1.2. Obciążenia zmienne (zastępcze obciążenie taborem samochodowym).

2.2.2. Zebranie obciążeń na ściany.

2.2.2.1 Obliczenie parcia spoczynkowego q h 2.2.2.2. Obliczenie parcia spoczynkowego od obciążenia naziomu taborem p h .

2.3. Przyjęcie schematu statycznego (określenie podpór sprężystych).

2.4. Obliczanie sił wewnętrznych 2.5. Wymiarowanie elementów konstrukcyjnych – żelbet.

2.6. Fundamenty – nośność podłoża.

Obciążenia budowli podziemnych

• • obciążenie stałe lub zmienne w całości długotrwałe, spowodowane ciężarem nawierzchni, ciężarem gruntu, ciężarem własnym budowli oraz parciem i wyporem wody gruntowej; obciążenie zmienne, wynikające z obciążenia naziomu oraz obciążeń technologicznych (użytkowych) budowli

I s

- wskaźnik zagęszczenia gruntu zasypowego:

I s

 0

,

855  0

,

165 

I D

Obciążenie zmienne (p v )- obciążenie taborem samochodowym

– wg PN-85/S-10030 „Obiekty mostowe. Obciążenia”. Schemat obciążenia naziomu od obciążeń zmiennych, ruchomych czyli taborem samochodowym składa się z obciążenia równomiernie rozłożonego q oraz obciążenia K w postaci sił skupionych nałożonych na obciążenie q w miejscu najniekorzystniejszym dla obliczanej wielkości.

Obciążenie K składa się z ośmiu nacisków kół ustawionych w czterech osiach o rozstawie 1,2 m przy rozstawie osi 2,7 m. Na obiekcie może znajdować się jedno obciążenie K.

Obciążenie zmienne (p v )- obciążenie taborem samochodowym

–

wg PN-85/S-10030 „Obiekty mostowe. Obciążenia”.

Klasa obciążenia A B C D E Obciążenie

q

[kN/m 2 ] 4,00 3,00 2,00 1,60 1,20 Obciążenie

K

[kN] 800 600 400 320 240 Nacisk na oś

P

[kN] 200 150 100 80 60

Obciążenie zmienne (p v )- obciążenie taborem samochodowym

wg PN-88/B-02014 „Obciążenia budowli. Obciążenie gruntem”:

Przy wymiarowaniu p łyty górnej budowli zagłębionej w gruncie mniej ni ż 1,0 m, należy uwzględnić dynamiczne działanie obciążenia naziomu.

p vd = p v ×

b

z

– wg PN-85/S-10030 „Obiekty mostowe. Obciążenia”: Obciążenia K należy stosować ze współczynnikiem dynamicznym.

Obciążenia q należy stosować bez współczynnika dynamicznego.

Wartość współczynnika dynamicznego samochodowym określa się wg PN-85/S-10030.

dla obciążeń taborem Dla zagłębienia

z g

< 0,5 m



Dla 0,5 m ≤

z g

≤ 1,0 m

 b b

z

=

 j 1

= 1,35

 ( 1 

– 0,005

L z g

)( j  1 , 0 )

≤ 1,325.

0 , 5

Dla elementów o rozpiętości L ≥ 4,80 m obciążenie K może być zast ąpione przez obciążenie równomiernie rozłożone na długości 4,80 m.

Obciążenie zmienne (p v )- obciążenie taborem samochodowym

wg PN-88/B-02014 „Obciążenia budowli. Obciążenie gruntem”: stosuje się do budowli całkowicie lub częściowo zagłębionych w gruncie, małoodkształcalnych i nie mających możliwości poziomych przesunięć, wykonywanych w wykopach otwartych, z pominięciem efektu przesklepienia gruntu nad stropem budowli.

h n – grubość nawierzchni, p n – obciążenie naziomu [kN/m 2 ]; p t – obciążenie naziomu [kN/m 2 ]; p z – obciążenie naziomu w gruncie na głębokości z, [kN/m 2 ]; z – zagłębienie mierzone od spodu nawierzchni, [m];

Obciążenie zmienne (p v )- obciążenie taborem samochodowym

wg PN-88/B-02014 „Obciążenia budowli. Obciążenie gruntem”: n = 1,6 - dla żwirów i pospółek, n = 1,4 - dla piasków grubych i średnich, n = 1,2 - dla piasków drobnych i pylastych, n = 1,1 - dla gruntów mało spoistych, n = 1,0 - dla gruntów średnio spoistych.

p zk



p tk

(

a t



n



a t z



b

)(

b t t



n



z

)  (

a n

 2

h n K



n



z

)(

b n

 2

h n



n



z

) Jednostkowe charakterystyczne obciążenie p wynikające z obciążenia naziomu: p

vk

vk płyty górnej budowli,

zk (z = z g

) + q.

Wartość obciążenia nie może być mniejsza niż 5 kN/m 2 !

Obciążenie poziome (g v )- parcie gruntu na ściany przejścia

wg PN-85/S-10030 „Obiekty mostowe. Obciążenia”:

3.3.1. Graniczne wartości przemieszczeń.

należy określać wg PN-83/B-03010 .

Graniczne wartości przemieszczeń budowli oporowych i ich elementów dla poszczególnych rodzajów parcia gruntu Parcie i odpór gruntu jest oddziaływaniem, którego wartość zależy od przemieszczeń i odkształcalności konstrukcji oporowej.

Obciążenie poziome (g v )- parcie gruntu na ściany przejścia

W spółczynnik parcia spoczynkowego gruntu wg PN-83/B-03010 „Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie” dla gruntów rodzimych – wzór (12):

K

0

=

x 1 · x 2 · x 3 (1 – sin f (n) )(1 + 0,5tg e ) dla gruntów zasypowych – wzór (13):

K

0

=

[0,5 x 4 + (0,1 + 2 x 4 ) · (5

I s

– 4,15) x 5 ] · (1 + 0,5tg e ) gdzie: f (n) - warto ść charakterystyczna kąta tarcia wewnętrznego gruntu, e kąt nachylenia naziomu do poziomu, x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 - wsp ółczynnik uwzględniający wpływ spójności gruntu - wsp ółczynnik uwzględniający genezę gruntów spoistych - wsp ółczynnik reologiczny dla gruntów spoistych - wsp ółczynnik zależny od rodzaju gruntu zasypowego, wg tabl. 8, - wsp ółczynnik uwzględniający technologię układania i zagęszczania zasypu, wg. tabl. 9

Obciążenie poziome (g v )- parcie gruntu na ściany przejścia

W spółczynnik parcia spoczynkowego gruntu wg PN-83/B-03010 „Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie” dla gruntów zasypowych – wzór (13):

K

0

=

[0,5 x 4 + (0,1 + 2 x 4 ) · (5

I s

x 4 – 4,15) x 5 ] · (1 + 0,5tg e ) - wsp ółczynnik zależny od rodzaju gruntu zasypowego, wg tabl. 8,

Obciążenie poziome (g v )- parcie gruntu na ściany przejścia

W spółczynnik parcia spoczynkowego gruntu wg PN-83/B-03010 „Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie” dla gruntów zasypowych – wzór (13):

K

0

=

[0,5 x 4 + (0,1 + 2 x 4 ) · (5

I s

x 5 – 4,15) x 5 ] · (1 + 0,5tg e ) - wsp ółczynnik uwzględniający technologię układania i zagęszczania zasypu, wg. tabl. 9

e) c) a)

Schematy statyczne

b) d) f)

Obliczenia statyczne tuneli

Podpora I rodzaju

-

podpora obci ążona siłą osiową i przemieszczana równomiernie jako stempel sztywny

A 0 C u R Reakcję górotworu określa się z liniowej teorii podatności podłoża według Winklera.

Odpór równoważący obciążenie podpory: - współczynnik Winklera [kN/m 3 ], – przemieszczenie, - obciążenie podpory, reakcja.

R = A 0 · C · u ,

gdzie: - powierzchnia podstawy podpory (powierzchnia, która wywiera odpór)

Model podłoża sprężystego jednoparametrowego Winklera-Zimmermanna

q

(

x

,

y

) 

Cw

(

x

,

y

) gdzie: q(x,y) – obciążenie modelu podłoża, w(x,y) – przemieszczenie pionowe płaszczyzny posadowienia, C – współczynnik podatności podłoża.

Współczynnik podatności podłoża

- wg Fłorina - wg Gorbunow-Posadowa gdzie: q śr – średni nacisk przekazywany przez fundament na podłoże, s śr – średnie osiadanie fundamentu.

gdzie: E 0 ν 0 – moduł odkształcenia warstwy ściśliwej, – współczynnik Poissona gruntu ściśliwego, b – szerokość fundamentu, α – współczynnik, który zależy od długości fundamentu

l

, szerokości

2b

oraz miąższości warstwy ściśliwej

H

.

Wg Wiłuna:

gdzie:

C



q śr s

 ( 1 

E

0  2 ) w

B

s - osiadanie rozpatrywanego punktu znajdującego się na powierzchni półprzestrzeni sprężystej; B - szerokość obciążonego obszaru lub jego średnica; w - współczynnik wpływu.

Fundament wiotki Fundament sztywny Kształt podstawy fundamentu Koło Kwadrat Prostokąt L/B=1,5 L/B=2 L/B=3 L/B=4 L/B=5 L/B=10 L/B=20 L/B=100 osiadanie środka powierzchni obciążonej 1,00 1,12 1,36 1,53 1,78 1,96 2,10 2,53 2,95 4,00 osiadanie punktu narożnego 0,64 0,56 0,68 0,77 0,89 0,98 1,05 1,27 1,48 2,00 wartość średnia osiadania 0,85 0,95 1,15 1,30 1,53 1,70 1,83 2,25 2,64 3,69 osiadanie fundamentu 0,79 0,88 1,08 1,22 1,44 1,61 1,72 2,12 -- ---

Obliczenia statyczne

C



q śr s

 ( 1 

E

0  2 ) w

B

= 914,7 [kN/m 3 ] Materiał rodzimy podłoża gruntowego: P g , I L

Geneza B 

L/B E

= 22/2 = 11 0

(n)

 = 27,0 MPa; w = 2,12  = 0,30

= 0,22

=

(

1  0

,

3 27000 2

)

 2

,

12  15

,

3

Podział ławy fundamentowej o szerokości 2 m na 4 0,5-metrowe odcinki, pod którymi występują sprężyny o k = C·

D

A = 914,7·1,0·0,5 = 457,35 kN/m

Klasa drogi Dziennik Ustaw nr 43, poz. 430

Klasa drogi Dziennik Ustaw nr 43, poz. 430

Kategoria ruchu - KR

Kategoria ruchu - określenie obciążenia drogi ruchem samochodowym wyrażone w osiach obliczeniowych na obliczeniowy pas ruchu na dobę.

Oś obliczeniowa - zastępcza oś pojedyncza o kołach pojedynczych i o obciążeniu 100 kN.

Obliczeniowy pas ruchu - pojedynczy, najbardziej obciążony przez pojazdy ciężkie, pas ruchu projektowanej jezdni.

Pojazd ciężki - pojazd samochodowy, którego ciężar całkowity jest większy niż 35 kN.

Klasyfikacja dróg według kategorii ruchu: KR1, KR2, KR3, KR4, KR5, KR6.

Kategoria ruchu - KR

Nawierzchnia – warstwa lub zespół warstw służących do przejmowania i rozkładania obciążeń od ruchu na podłoże i zapewniających dogodne warunki dla ruchu.

„Katalog

typowych konstrukcji nawierzchni podatnych

półsztywnych” wydany przez IBDiM w 1997 r. jako załącznik do Zarządzenia Nr 6 Generalnego Dyrektora Dróg Publicznych.

i

„Katalog typowych konstrukcji nawierzchni sztywnych” wydany przez IBDiM w 2001 r. jako załącznik do Zarządzenia Nr 12 Generalnego Dyrektora Dróg Publicznych.