Podczas projektowania budowli nadziemnych trudności nie sprawia wyznaczenie obciążeń, które dana budowla będzie musiała przenieść (testy 2021 uprawnienia). Takie obciążenia podaje się w normach obciążeń bądź w przepisach projektowania. Jeżeli w grę wchodzą szczególne przypadki, to zadaniem przyszłego użytkownika jest określenie ich oraz podanie do wiadomości projektanta.

Inaczej sytuacja się ma w przypadku projektowania urządzeń podziemnych. Największą trudność w tym przypadku sprawia określenie obciążeń projektowanej budowli. Z kolei wymiarowanie konstrukcji należy do łatwiejszych zagadnień niż w przypadku innych budowli inżynierskich. Jest to spowodowane tym, że budowle podziemne charakteryzują się prostszą konstrukcją.

Budowla podziemna to taka budowla inżynierska, której zasadniczym obciążeniem jest oddziaływanie otaczającego ją środowiska, tj. gruntu. Z kolei źródłem obciążenia budowli podziemnej jest ciężar otaczającego środowiska. W sytuacji, kiedy środowisko gruntowe będzie miało postać półprzestrzeni, to do źródeł obciążenia takiej budowli zalicza się ciężar bryły, która znajduje się pomiędzy powierzchnią półprzestrzeni oraz budowlą.

Wyznaczenie wielkości obciążeń

Aby móc wyznaczyć wielkość obciążeń, które oddziałują na budowlę podziemną, należy poczynić założenia, że wielkość takiego obciążenia jest zawsze równa wielkości naprężenia istniejącego w tym miejscu półprzestrzeni ośrodka sprężystego. W półprzestrzeni ośrodka sprężystego znajduje się punkt powierzchni budowli podziemnej, dla którego wyznacza się obciążenie. Dzięki takiemu założeniu można w łatwy sposób wyznaczyć obciążenie budowli podziemnej (programy do uprawnień budowlanych). Jest to możliwe zwłaszcza wtedy, kiedy można wyznaczyć naprężenia, które panują w odpowiednich punktach ośrodka sprężystego.

Zgodność naprężeń sprężystych

Zgodność naprężeń sprężystych w ośrodku, który otacza budowlę z obciążeniami ma miejsce wyłącznie wtedy, kiedy podczas wykonywania budowy zniszczeniu nie ulegnie stan sprężysty naprężeń. Oznacza to to, że nie dojdzie do zmiany stanu równowagi sprężystej w półprzestrzeni na stan równowagi plastycznej. W sytuacji, kiedy naprężenie istnieje w środowisku sprężystym i oznaczy się je naprężenie pionowe av i naprężenie poziome oh, to mówimy o obciążeniu budowli.

Siły skupione, które działają na powierzchnię półprzestrzeni należy zastąpić warstwą gruntu dla budowli, które są w całości zagłębione pod powierzchnią gruntu. Ta warstwa powinna mieć taką grubość, przy której ciężar gruntu jest równy wielkości sumy sił skupionych. Dotyczy to sił, które działają w obszarze, który wyraźnie wpływa na budowlę. Osobne wyznaczenie naprężeń, które istnieją w gruncie dotyczy sytuacji, kiedy siły skupione, które działają na powierzchni terenu mają znaczne wielkości, a budowle podziemne będą niewiele zagłębione pod powierzchnią terenu. Wyznacza się je wówczas za pomocą jednej z teorii. Dotyczy ona naprężeń w półprzestrzeni sprężystej od sił skupionych działających poza tą przestrzenią. Jest to np. teoria Boussinesqa (uprawnienia architektoniczne 2021).

Wyznaczenie obciążenia poziomego budowli

Ciężko jest wyznaczyć obciążenia poziome budowli. Poziome parcie gruntu należy pod podstawowych obciążeń dla budowli takich jak ściany oporowe. Dodatkowo jest to jedno z ważniejszych obciążeń w przypadku budowli typu przyczółków mostowych. Podczas rozpatrywania zagadnienia parcia poziomego należy wziąć pod uwagę wyniki badań badaczy, którzy zajmowali się tym przez prawie 200 lat.

Współczynnik K

Dodatkowo ciśnienie pionowe, które występuje w pewnych sytuacjach w wersji zredukowanej, będzie związane ze znacznym zagłębieniem budowli. Wówczas należy korzystać ze współczynnika K podczas wyznaczania ciśnienia bocznego. Współczynnik ten także będzie miał zredukowaną wielkość. Kolejnym powodem, który przemawia za skorzystaniem z tego współczynnika jest fakt, że jego wielkość wpływa decydująco na wybór kształtu budowli podziemnej.

Aby móc wyjaśnić to, jak wyznacza się wielkość współczynnika K, a także to, jakie są granice zmienności tej wielkości, należy wziąć pod uwagę stan naprężeń istniejących w pewnym dowolnie obranym punkcie gruntowej półprzestrzeni sprężystej. W tym punkcie znajdują się naprężenia normalne i ścinające. W takim środowisku istnieją również trzy wzajemne prostopadłe kierunki naprężeń głównych, gdzie nie ma naprężeń ścinających (egzamin ustny uprawnienia architektoniczne – pytania).