Wpływ wykonanego rowu wokół obiektu na ograniczenie

Możliwość przemieszczania się gruntu do wnętrza rowu geotechnicznego powoduje zmniejszenie poziomu odkształceń ściskających w podłożu górniczym. Na rysunku 10.15 przedstawiono przebieg odkształceń liniowych 11 wykonany dla momentu wystąpienia ekstremalnych odkształceń ściskających. Widoczna jest znaczna redukcja odkształceń w wyniku istnienia rowu zabezpieczającego. Poziom redukcji wzrasta ze wzrostem głę-bokości rowu. Przy założeniu, że dla budynku niezabezpieczonego wartość odkształceń wynosi 100%, co oznaczono symbolem ε100%, uzyskujemy dla budynku zabezpieczonego rowem o głębokości 3m 0,52·ε100%, czyli prawie 2-wu krotnie mniejszą wartość. Nato-miast w sytuacji zabezpieczenia budynku rowem o głębokości 5m otrzymamy już tylko 0,16·ε100%, czyli nieznacznie ponad 6-cio krotnie mniejsze wartości.

Wartość obserwowanych odkształceń przy fundamencie dla budynku niezabezpie-czonego jest niemal trzykrotnie większa w stosunku do przebiegu teoretycznego od-kształceń ε11 (patrz rys. 10.7). Na fakt ten niewątpliwie może wpływać sztywność bu-dynku i skumulowanie odkształceń przed i za budynkiem.

Rys. 10.15 Redukcja odkształceń 11 przy fundamencie budynku wskutek obecności rowu dylatacyjnego.

Rozkład odkształceń dla t=217 dni (80m - ekstremalne ściskania)

Źródło: Opracowanie własne

Podobną analizę przeprowadzono dla naprężeń σ11 (rys. 10.16) występujących w strefie ekstremalnych (maksymalnych) odkształceń ściskających. Analogicznie, jak przy redukcji odkształceń ε11 obserwowane są również znaczne obniżenia wartości na-prężeń wraz z wzrostem głębokości zabezpieczenia budynku głębszym rowem. Funda-menty budynku zabezpieczonego rowem o głębokości 3m są narażone na naprężenia wynoszące 51,3% naprężeń występujących w sytuacji, gdyby zabezpieczenia nie było.

16,3% budynek budynek niezabezpieczony budynek zabezpieczony rowem o gł. 3m budynek zabezpieczony rowem o gł. 5m 100% 51,9% rów rów

99 | S t r o n a

Z kolei przy zastosowaniu rowu o głębokości sięgającej 5m poniżej poziomu terenu, re-dukcja naprężeń liniowych σ11 jest znacznie większa i wartość naprężeń wynosi tylko 15,1% wartości dla budynku niezabezpieczonego (wartość jest zredukowana 6,6 razy).

Wyniki zarówno dla rozkładu odkształceń 11 oraz naprężeń σ11 potwierdzają ko-rzystny efekt stosowania zabezpieczeń geotechnicznych, w postaci przerwy w gruncie.

Rys. 10.16 Redukcja naprężeń σ11 przy fundamencie budynku wskutek obecności rowu dylatacyjnego.

Rozkład naprężeń dla t=217 dni (80m)

Źródło: Opracowanie własne

Uzyskane w wyniku wykonania rowów dylatacyjnych zmniejszenie niekorzystnie działających odkształceń o charakterze ściskającym, powoduje redukcję wywołanych oddziaływaniem eksploatacji naprężeń w konstrukcji budynku. Na rysunkach 10.17 oraz 10.18 przedstawiono rozkłady naprężeń 11 działających na fundamenty budynku (dla linii: x1=55m, x2=0, -2<x3<0, patrz rys. 10.3). Analizując te rysunki zauważyć można zmiany rozkładu w czasie procesu deformacji oraz redukcję wartości naprężeń spowo-dowaną zamodelowaniem w sąsiedztwie budynku rowów dylatacyjnych. Większą sku-teczność tego typu rozwiązań uzyskuje się przy wykonaniu głębszego rowu. Rys. 10.17 prezentuje sytuację w chwili oddziałujących na fundamenty budynku maksymalnych odkształceń ściskających występujących w momencie t=217dni (przy odległości frontu eksploatacji od osi budynku wynoszącej ok. 80m). Na rys. 10.18 zaprezentowano wyniki dla momentu czasowego t=155dni (przy odległości frontu eksploatacji od osi budynku wynoszącej ok. 80m), czyli dla sytuacji kiedy obiekt budowlany narażony był na maksy-malne wartości odkształceń rozciągających.

rów rów budynek budynek niezabezpieczony budynek zabezpieczony rowem o gł. 3m budynek zabezpieczony rowem o gł. 5m 100% 51,3% 15,1%

100 | S t r o n a

Rys. 10.17 Rozkład naprężeń 11 działających na fundament budynku dla t=217 dni (80m)

Źródło: Opracowanie własne

Na rys. 10.18 widoczne są zdecydowanie mniejsze wartości naprężeń w porównaniu z sytuacją, kiedy obiekt znajdował się w strefie maksymalnych ściskań (t=217 dni, przy odległości frontu eksploatacji od osi budynku wynoszącej ok. 80m, rys. 10.17). Sytuacja ta potwierdza fakt, który wskazuje na zdecydowanie większe prawdopodobieństwo wy-stąpienia groźnych szkód w konstrukcji budynku w sytuacji, gdy obiekt znajduje się w strefie maksymalnych odkształceń ściskających.

Rys. 10.18 Rozkład naprężeń 11 działających na fundament budynku dla t=155 dni (80m)

Źródło: Opracowanie własne

Efekt ten zauważyć można również na rys. od 10.19 do 10.28, które pokazują rozkła-dy maksymalnych (rys. 10.19 ÷ rys. 10.23) i minimalnych (rys. 10.24 ÷ rys. 10.28) na-prężeń głównych w budynku na kilku etapach procesu deformacyjnego (momenty

cza-101 | S t r o n a

sowe i odpowiadające im odległości frontu eksploatacji od osi budynku: 0 dni (450m), 93 dni (240m), 124 dni (160m), 186 dni (0m) i 217 dni (80m)).

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.19 Rozkłady maksymalnych naprężeń głównych max [Pa] w budynku niezabezpieczonym oraz

zabezpieczonym rowem o głębokości 3m i 5m dla momentu czasowego t=0 dni (450m)

Źródło: Opracowanie własne

Na rys 10.19 reprezentującym moment czasowy gdy front eksploatacji jest ok. 450m od osi budynku nie widać praktycznie różnic w rozkładzie maksymalnych wartości na-prężeń głównych σmax niezależnie od sytuacji, w której budynek był niezabezpieczony,

102 | S t r o n a

zabezpieczony rowem 3-y metrowym lub 5-cio metrowym. Dla momentu czasowego t=93 dni (przy odległości frontu eksploatacji od osi budynku wynoszącej ok. 240m), wi-doczne są zmiany rozkładu naprężeń głównych σmax, wraz ze wzrostem głębokości za-stosowanego rowu maleją wartości naprężeń rozciągających (rys. 10.20).

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.20 Rozkłady maksymalnych naprężeń głównych max [Pa] w budynku niezabezpieczonym oraz

zabezpieczonym rowem o głębokości 3m i 5m dla momentu czasowego t=93 dni (240m)

103 | S t r o n a

Gdy budynek znajduje się jeszcze w strefie odkształceń rozciągających dla momentu czasowego t= 124 dni (przy odległości frontu eksploatacji od osi budynku wynoszącej ok. 160m), obserwowana jest redukcja w wartościach naprężeń głównych wynosząca ok. 4% i ponad 15%, odpowiednio dla budynku z zabezpieczeniem 3 i 5 metrowym w porównaniu do budynku bez zastosowanego zabezpieczenia (rys. 10.21).

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.21 Rozkłady maksymalnych naprężeń głównych max [Pa] w budynku niezabezpieczonym oraz

zabezpieczonym rowem o głębokości 3m i 5m dla momentu czasowego t=124 dni (160m)

104 | S t r o n a

Dla okresu czasowego t=186 dni (wówczas front eksploatacji znajduje się nad bu-dynkiem) zauważalna jest znaczna redukcja odkształceń ściskających wynosząca ok. 33% i ponad 100%, odpowiednio dla budynku z zabezpieczeniem 3 i 5 metrowym w porównaniu do budynku bez zastosowanego zabezpieczenia (rys. 10.22).

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.22 Rozkłady maksymalnych naprężeń głównych max [Pa] w budynku niezabezpieczonym oraz

zabezpieczonym rowem o głębokości 3m i 5m dla momentu czasowego t=186 dni (0m)

105 | S t r o n a

Największą redukcję maksymalnych naprężeń głównych σmax obserwuje się w strefie ekstremalnych odkształceń ściskających (t=217 dni, odległość frontu eksploatacji od osi budynku wynosi 80m), kiedy to zastosowanie rowu o gł. 3m powoduje zmniejszenie naprężeń o ok. 36%, a przy rowie 5m uzyskane maksymalne wartości są niemal 130% mniejsze w relacji do budynku bez zabezpieczeń (rys. 10.23).

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.23 Rozkłady maksymalnych naprężeń głównych max [Pa] w budynku niezabezpieczonym oraz

zabezpieczonym rowem o głębokości 3m i 5m dla momentu czasowego t=217 dni (80m)

106 | S t r o n a

Podobne zależności są obserwowane przy rozkładzie minimalnych naprężeń głów-nych σmin. Na rys 10.24 przedstawione są rozkłady minimalgłów-nych naprężeń główgłów-nych dla momentu czasowego t=0 dni (przy odległości frontu eksploatacji od osi budynku wyno-szącej ok. 450m).

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.24 Rozkłady minimalnych naprężeń głównych min [Pa] w budynku niezabezpieczonym oraz

za-bezpieczonym rowem o głębokości 3m i 5m dla momentu czasowego t=0 dni (450m)

107 | S t r o n a

Rys 10.25 prezentuje rozkłady minimalnych naprężeń głównych dla momentu cza-sowego t=93 dni (przy odległości frontu eksploatacji od osi budynku wynoszącej ok. 240m). Wartości naprężeń przy zabezpieczeniu budynku rowem spadają wraz ze wzro-stem głębokości zabezpieczenia, odpowiednio dla rowu trzy i pięciometrowego.

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.25 Rozkłady minimalnych naprężeń głównych min [Pa] w budynku niezabezpieczonym oraz

za-bezpieczonym rowem o głębokości 3m i 5m dla momentu czasowego t=93 dni (240m)

108 | S t r o n a

Obserwując rozkłady naprężeń głównych dla momentu t= 124 dni (przy odległości frontu eksploatacji od osi budynku wynoszącej ok. 160m), kiedy to budynek znajdował się jeszcze w strefie odkształceń rozciągających, konsekwentnie dostrzegalny jest pozy-tywny aspekt wykonania rowów w sąsiedztwie budynku (rys. 10.26).

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.26 Rozkłady minimalnych naprężeń głównych min [Pa] w budynku niezabezpieczonym oraz

za-bezpieczonym rowem o głębokości 3m i 5m dla momentu czasowego t=124 dni (160m)

109 | S t r o n a

Podobnie jak przy rozkładzie maksymalnych naprężeń głównych, także przy rozkła-dzie minimalnych naprężeń głównych (rys. 10.27) dla t= 186 dni (front eksploatacji znajdował się nad osią budynku), wpływ rowów jest znaczący (50% oraz ponad 170% wartość redukcji dla rowu trzy i pięciometrowego).

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.27 Rozkłady minimalnych naprężeń głównych min [Pa] w budynku niezabezpieczonym oraz

za-bezpieczonym rowem o głębokości 3m i 5m dla momentu czasowego t=186 dni (0m)

110 | S t r o n a

Największy wpływ wykonanych zabezpieczeń (rys. 10.28) jest widoczny w momen-cie, kiedy budynek znajduje się w strefie maksymalnych odkształceń ściskających (t=217 dni, odległość osi budynku od eksploatacji wynosi 80m). Wartości naprężeń są połowę mniejsze przy zastosowaniu trzymetrowego rowu i ponad 2,7 razy mniejsze przy rowie pięciometrowym.

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.28 Rozkłady minimalnych naprężeń głównych min [Pa] w budynku niezabezpieczonym oraz

za-bezpieczonym rowem o głębokości 3m i 5m dla momentu czasowego t=217 dni (80m)

111 | S t r o n a

Na rysunkach 10.29, 10.30 i 10.31 przedstawiono rozkład naprężeń normalnych 11,

33 oraz stycznych 23 w ścianach fundamentowych budynku, prostopadłych do kierun-ku eksploatacji.

Porównując rozkłady naprężeń wywołanych oddziaływaniem deformacji o charakte-rze ściskającym, zauważa się wpływ obecności rowu dylatacyjnego na ograniczenie po-ziomu tych naprężeń (rys. 10.29).

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.29 Rozkłady naprężeń 11 [Pa] w ścianach fundamentowych w budynku niezabezpieczonym,

zabez-pieczonym 3 m rowem oraz zabezzabez-pieczonym rowem o głębokości 5m przy oddziaływaniu deformacji ściska-jących (t=217 dni) (80m)

112 | S t r o n a

Na rys. 10.30, na którym zaprezentowano rozkłady naprężeń normalnych σ33, charakter rozkładu naprężeń dla wszystkich trzech przypadków jest podobny, zmieniają się tylko wartości naprężeń i maleją one w ścianach fundamentowych wraz ze wzrostem głębokości rowu zamodelowanego w sąsiedztwie budynku. Jest to kolejny dowód, że projektowane przerwy (rowy) oddziałują pozytywnie na minimalizację szkód w budynkach.

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.30 Rozkłady naprężeń 33 [Pa] w ścianach fundamentowych w budynku niezabezpieczonym,

zabez-pieczonym 3 m rowem oraz zabezzabez-pieczonym rowem o głębokości 5m przy oddziaływaniu deformacji ściska-jących (t=217 dni) (80m)

113 | S t r o n a

Podobnie, jak wyżej, sytuacja wygląda dla naprężeń stycznych σ23, tutaj również po-twierdza się stosowalność rowów dylatacyjnych (rys. 10.31), gdzie wraz z wzrostem ich głębokości, maleją wartości naprężeń, które są obserwowane na ścianach fundamento-wych.

budynek niezabezpieczony:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 3m:

budynek zabezpieczony rowem o głębokości 5m:

Rys. 10.31 Rozkłady naprężeń 23 [Pa] w ścianach fundamentowych w budynku niezabezpieczonym,

zabez-pieczonym 3 m rowem oraz zabezzabez-pieczonym rowem o głębokości 5m przy oddziaływaniu deformacji ściska-jących (t=217 dni) (80m)

114 | S t r o n a

10.4.3. Wpływ warunków tarcia pomiędzy gruntem a fundamentem na uzy-skiwane wyniki MES

Jednym z trudniejszych problemów w wyznaczeniu wartości oddziaływań deforma-cyjnych przekazywanych z podłoża na budynek jest ustalenie współczynnika tarcia po-między gruntem i fundamentem. Wartość tego współczynnika zależy głównie od rodzaju gruntu. Oczywistym jest, że mniejsze tarcie na kontakcie podłoże - ściana fundamentowa jest korzystniejsze dla ograniczenia szkód górniczych. Prezentowane w poprzednich podrozdziałach wyniki dotyczą modeli, w których założono brak tarcia pomiędzy grun-tem a fundamengrun-tem. Dla sprawdzenia roli wartości przyjętego współczynnika tarcia f na wartość wyznaczonych oddziaływań przeprowadzono dodatkowe obliczenia, w których przyjęto wartość współczynnika tarcia: f=0,1; f=0,3; f=0,5 i f=0,7.

Na rysunku 10.32 przedstawiono wykres odkształceń 11 otrzymany dla pięciu róż-nych przypadków: braku tarcia (f=0), f=0,1; f=0,3; f=0,5 i f=0,7.

Rys. 10.32 Przebieg odkształceń 11 w podłożu w pobliżu fundamentu dla różnych warunków tarcia

(t=217 dni) (80m); 11 podano wzdłuż osi x1 Źródło: Opracowanie własne

Różnice w rozkładach odkształceń są zauważalne, wydaje się jednak, że dla rozważa-nej analizy nie są to różnice kluczowe. Autor pracy pragnie podkreślić, że zagadnienie kontaktowe (wpływ tarcia) nie było przedmiotem rozważań tej pracy.

115 | S t r o n a