Zastosowanie betonu w budownictwie podziemnym komunikacyjnym i miejskim

Beton w budownictwie podziemnym komunikacyjnym i miejskim zaczęto stosować w latach 10. XX w (nauka do uprawnień budowlanych). Spowodowane to było w szczególności:

– tradycją stosowania innych materiałów (cegły bądź wyrobów ceramicznych) do budowy kanałów,

– mniejszą odpornością betonu na korozję, która powstawała z powodu agresywnych wód gruntowych bądź ścieków,

– inne powody.

Obawy, które powstawały z powodu strachu przed stosowaniem betonu, minęły dopiero wtedy, kiedy doszło do postępu w dziedzinie technologii betonu. Pojawiły się wówczas cementy, które zaczęły być odporne na korozję, a także środki izolacyjne, które charakteryzowały się wysokimi wartościami. Beton i żelbet zaczęto stosować na dużą skalę w momencie, kiedy:

– rozwinęły się podziemne urządzenia komunikacyjne,

– zaczęto budować dużą liczbę tuneli dla kolei podziemnych czy dla ruchu samochodowego.

W dzisiejszych czasach spora część budowli podziemnych robiona jest z betonu. Obudowa z elementów betonowych zastępuje stosowaną wcześniej obudowę z segmentów (tubingów) żeliwnych przy metodzie tarczowej budowy tuneli.

Cechy specjalne budowli podziemnych

Istnieją pewne cechy specjalne, które rozróżniają od konstrukcji inżynierskich nadziemnych wszystkie budowle podziemne, łącznie z budowlami o konstrukcji betonowej (program przygotowujący do uprawnień budowlanych). Te cechy specjalne należy uwzględniać podczas projektowania podziemnych konstrukcji betonowych, mimo, że czasem konieczna jest zmiana norm czy założeń, które stosuje się przy innych konstrukcjach z betonu. Poniżej zostaną wymienione oraz omówione cechy specjalne, które są najbardziej istotne.

Prawie zawsze jest tak, że budowle podziemne charakteryzują się mniejszym ciężarem niż masa gruntu, którą usunięto dla ich budowy. Jest to zjawisko obecne nawet wtedy, kiedy są one w 100% wypełnione wodą. Dotyczy to np. tuneli hydrotechnicznych.

Dylatacje

W warunkach tego typu należy wziąć pod uwagę to, że budowle podziemne nie będą osiadać. Jest to oczywiście możliwe wtedy, kiedy roboty przy ich budowie są prowadzone prawidłowo i starannie. Wówczas niepotrzebne jest również dzielenie budowli podziemnych szwami dylatacyjnymi. Głównym powodem jest to, że dylatacje w konstrukcjach, które się przewiduje, nie pełnią w przypadku budowli podziemnych zbyt ważnej roli.

Temperatura w budowlach podziemnych nie przekracza z reguły 10°C (program jednolite akty prawne na egzamin uprawnienia). Dotyczy to także części wlotowych tuneli komunikacyjnych. Jedynie w płytko zagłębionych konstrukcjach skrzyżowań dwupoziomowych są większe wahania temperatur. Zwykle jednak nawet wówczas nie ma konieczności, żeby dać dylatację.  

Od wyżej wymienionej zasady można odstąpić tylko wtedy, kiedy zajdą szczególne przypadki. Dotyczy to m.in. sytuacji, kiedy nad tunelem mogą powstać dodatkowe obciążenia siłami zewnętrznymi, czyli nad pewnymi odcinkami tunelu mogą być wzniesione domy. Wówczas takie odcinki konstrukcji tunelu należy wydzielić dylatacjami. Dzięki temu później będzie możliwe osiadanie segmentów bez jednoczesnego powstawania rys. Takie dylatacje wykonano np. w tunelu na trasie W-Z w Warszawie. Dzięki temu możliwe jest obciążenie konstrukcji budynkami, które zostały wzniesione w późniejszym czasie.

Posadowienie odcinków tunelu czy kanału

Konieczne jest zaprojektowanie odpowiedniego sposoby pewnego posadowienia odcinków tunelu bądź kanału na gruncie organicznym wtedy, kiedy podłożem fundamentu budowli podziemnej są grunty organiczne, jak torfy, które mogą ulec większym przemianom podczas budowy. Dotyczy to m.in. sytuacji, kiedy grunt będzie osuszany i zostanie otwarty dostęp powietrza. Wówczas należy także wziąć pod uwagę możliwość wydzielenia odcinków tego typu dylatacjami od części budowli posadowionej w zwykły sposób, bezpośrednio na gruncie.

W sporej części przypadków grunt, który otacza budowle podziemne zawiera wodę gruntową. Ma ona najczęściej postać wody gruntowej, jednak może również występować jako wilgoć. Woda taka otacza budowle i w efekcie wywiera na nią ciśnienie hydrostatyczne (uprawnienia budowlane – egzamin).