Wykopy - wpływ odwadniania na osiadanie obiektów budowlanych.

Transkrypt

1 Piotr Jermołowicz Inżynieria Środowiska Szczecin Wykopy - wpływ odwadniania na osiadanie obiektów budowlanych. Obniżenie zwierciadła wody podziemnej powoduje przyrost naprężenia w gruncie, a w rezultacie także wystąpienie osiadania dodatkowego dla obiektów znajdujących się w sąsiedztwie odwodnień. Zwrócić, należy uwagę na szereg kwestii inżynierskich z tym procesem związanych. Pierwszym z nich jest kwestia przyczyn osiadania gruntów budowlanych wskutek obniżenia poziomu wody podziemnej. Wynikają one mianowicie z ustania działania na osuszonej partii wyporu wody oraz w niektórych przypadkach wzrost ciężaru pochodzącego od wody kapilarnej i błonkowatej. Ten ostatni jest jednakże na ogół mały, rzadko kiedy jest on bowiem większy po odwodnieniu. Wynika to z tego że najczęściej w stopie warstwy wodonośnej zalegają grunty o większej wysokości podnoszenia kapilarnego (h k ) aniżeli na poziomie obniżonego zwierciadła wody, przy czym najczęściej obniżenie wynikające z różnicy ciężaru wody kapilarnej i błonkowatej jest bardzo małe. Z tego też względu w obliczeniach jest ono najczęściej pomijane. Drugim problemem jest sufozja gruntu występująca w sąsiedztwie urządzeń odwadniających wskutek występowania dużej prędkości filtracji. Sufozja ma jednakże charakter lokalny, bardzo rzadko obejmuje większą strefę gruntu i w przypadku gdy urządzenia odwadniające (studnie, dreny) są od obiektu oddalone nie powoduje występowania szkodliwych osiadań. Natomiast w przypadku gdy urządzenia odwadniające są zbliżone do obiektu budowlanego, sufozją może w sposób istotny wpływać na jego osiadanie. Trzecim zagadnieniem wiążącym się z prognozą osiadania wywołanego przez obniżenie zwierciadła wody jest przewidywanie ich przebiegu w czasie. Można tu wyróżnić dwa odrębne zjawiska. Po pierwsze depresja w otoczeniu urządzeń odwadniających zmienia się w czasie (rośnie). Przebieg rozwoju leja depresyjnego w czasie zależy od całokształtu warunków hydrogeologicznych jednakże szczególnie należy tu uwypuklić rolę granic obszaru geofiltracji. Istnienie bliskiej granicy z zasilaniem (np. rzeki) prowadzi na ogół do utrwalenia się warunków równowagi i stabilizacji leja. Znaczne oddalenie granic zasilania prowadzi natomiast do powolnego rozprzestrzeniania się i pogłębiania leja depresji w efekcie czego depresja a więc i osiadanie stopniowo narastają. Po drugie, nawet w przypadku osiągnięcia od razu ustalonej depresji w obrębie leja depresyjnego dodatkowe osiadanie nie nastąpi momentalnie lecz będzie rozłożone w czasie. Natomiast przebieg tego osiadania jest diametralnie różny dla gruntów piaszczystych i gruntów gliniastych. W piaskach osiadanie następuje szybko i po osiągnięciu w krótkim czasie swej wartości maksymalnej, przyrostu osiadania nie obserwuje się. Natomiast w glinach początek osiadania jest nieco przesunięty, a przyrosty osiadań obserwuje się długo po zakończeniu procesu przyrostu naprężeń. Czwartym problemem, który należy mieć na uwadze jest możliwość okresowego np. wskutek awarii urządzeń odwadniających podnoszenia się zwierciadła wody podziemnej.

2 W takim przypadku ujawnia się pęcznienie gruntu, prowadzące do zwiększania się objętości gruntu i zmniejszania się jego wytrzymałości. Generalnie można stwierdzić, że prognozowanie osiadań wskutek obniżenia zwierciadła wody jest zagadnieniem trudnym. Rys.1. Nierównomierne osiadanie budynku wskutek odwodnienia [1]. Przykład obliczenia osiadań [1] : Należy ocenić czy pompowanie w studni odległej o 10 m od budynku mieszkalnego 3 piętrowego murowanego może wywołać szkodliwe jego osiadanie. Studnia wykonana została celem osuszenia wykopu budowlanego i działać będzie przez 18 miesięcy przy depresji s 0 = 6,0 m.

3 Ze wzoru Biecińskiego określamy: " µ = 0,117 k gdzie : µ - wsp. odsączalności " µ = ,96 = 0,169 k - wsp. wodoprzepuszczalności, k = 12,96 m/d = 0,00015 m/s, Współczynnik przewodności stanów: a * =, =./ - - Przewodność: 0, = = 0,00782 = 0,0222 m 4 0,156 0,156 s = 79,88 m 2 /h = 1917,12 m 2 /d T = 0,00375 m 2 /s = 324 m 2 /d. Obniżenie po upływie 18 miesięcy, tj. po 550 dobach wyniesie przy wydajności studni Q: 1) w punkcie A r A = 40 m 2) w punkcie B r B = 10 m gdzie: R umowny promień leja depresji R = 1,5 a * t s o - depresja r o promień studni H odległość dna wykopu od spągu warstwy wodonośnej Q wydajność studni

4 Dla tych obniżeń przeprowadzono obliczenia osiadania przyjmując dla piasków grubych i średnich wartość modułu E = 400 MPa. Naroże A 1) Osiadanie warstwy osuszonej obliczono wzorami oraz dla z n = s A = 2,73 m = 273,0 cm; i = n = 1 σ naprężenie w gruncie n porowatość gruntu n pn = 0,35, µ n = 0,169, γ w = 9806,65 N/m 3 z 1 s 1 = 2,73 m 2) osiadanie warstwy dolnej przyjęto; h Σ = 10,0 m, zatem miąższość warstwy osiadającej wynosi z d = h Σ z n 2,73 = 7,27 m, E j = 39,2266 MPa. Na podstawie wzoru zatem Osiadanie zgodnie ze wzorem :

5 3) Osiadanie całkowite od przyrostu naprężenia wskutek odwodnienia: h A = h c + h d = 0, ,412 = 0,489 cm 0,49 cm. Naroże B 3) Osiadanie całkowite od przyrostu naprężenia: Wnioski : Osiadania są bardzo małe, nie groźne dla budynku mieszkalnego Obliczenia wystarczy prowadzić do głębokości 8 12 m poniżej zwierciadła wody gruntowej.

6 a) b) c) Rys.2. Definicje przemieszczeń fundamentów wg PN-EN [2] a) osiadanie s, różnica osiadań δ, obrót θ, odkształcenie kątowe α; b) strzałka wygięcia, wskaźnik wygięcia /L: c) przechylenie ɷ, obrót względny (przemieszczenie kątowe) ß. Tab.1. Wartości graniczne miar przemieszczeń i odkształceń dla budynków wg PN-EN : Literatura : 1. Wieczysty A.: Hydrogeologia inżynierska. PWN, Warszawa 1982 r. 2. Materiały z XXVIII Ogólnopolskich warsztatów pracy projektanta konstrukcji. Wisła 2013 r.