Ze schematów statycznych, które wykorzystuje się do wykonywania obliczeń statycznych, nie można korzystać w przypadkach, kiedy:
– warunki gruntowe pozwalają na zrezygnowanie z ciężkich sztywnych ścian tunelu,
– obudowa ścian może być traktowana jako dalszy ciąg sklepienia ze względu na ich mniejszą grubość (testy uprawnienia budowlane).
Wówczas należy wykorzystać poniższy sposób obliczeń. Należy w pierwszej kolejności założyć, że:
– obudowa tunelu przylega w ścisły sposób do ociosu, czyli do ściany gruntu,
– dzięki temu można policzyć na działanie odporu gruntu, który jest proporcjonalny do odkształceń obudowy.
Sprężysty odpór gruntu
Sprężysty odpór gruntu
Odkształcenia obudowy tuneli o kształcie podkowy można przedstawić w różny sposób. Pod wpływem obciążenia pionowego górna część sklepienia odkształca się do wewnątrz przekroju tunelu. Z kolei ściany odkształcają się na zewnątrz. Dzięki temu powstaje sprężysty odpór gruntu.
Krzywą, która odpowiada zmienności odporu określa się najczęściej przy pomocy trzech punktów charakterystycznych. Są to:
– górny punkt zerowy,
– dolny punkt zerowy,
– punkt, w którym odpór gruntu ma największą wielkość.
Górny punkt zerowy przyjmuje się na tzw. granicy odstawania obudowy (programy do uprawnień budowlanych). Jest to miejsce, w którym kończy się część obudowy, która jest właściwym sklepieniem, a rozpoczynają się ściany.
Położenie punktu zerowego można określić z dokładnością w miejscu, gdzie przecina się promień o nachyleniu 45o od pionowej obudowy z osią obojętną tej obudowy. Wówczas dolny punkt zerowy ma swoje miejsce w najniższym punkcie ściany.
Należy poczynić założenia, które mówią o tym, że ta część obudowy nie przemieszcza się poziomo ze względu na występowanie znacznych sił tarcia fundamentu o grunt. Jedynie może wystąpić skręt o pewien kąt.
Wielkość takiego kąta oblicza się dzięki wykorzystaniu hipotezę Winklera o proporcjonalności odkształceń gruntu i naprężeń.
Położenie punktu, w którym występuje największe ugięcie obudowy i największa wielkość odporu, można określić biorąc pod uwagę kilka szczegółów. Ważne jest, żeby ten punkt był umiejscowiony na wysokości, która odpowiada największej szerokości budowli. Idealnym miejscem jest to, które znajduje się w okolicy jednej trzeciej wysokości od górnego punktu zerowego wykresu odporu (egzamin ustny na uprawnienia architektoniczne). Jeśli obudowę tunelu w dolnej jego części stanowią ściany proste (pionowe), to punkt, w którym występuje największa wielkość odporu, znajduje się zwykle w miejscu, gdzie kończą się ściany, a rozpoczyna sklepienie.
Tok postępowania podczas obliczania budowy
Etapy postępowania podczas obliczania budowy wygląda następująco. W pierwszej kolejności konieczne jest podzielenie obudowy na odcinki klinowe, a także rozpatrzenie sił, które działają na dane kliny jako zaczepione w środkach ciężkości klinów. Następnie należy obliczyć odkształcenie konstrukcji od ciężaru własnego oraz sił zewnętrznych. Nie należy wówczas brać pod uwagę początkowego działania sił odporu sprężystego.
Kolejnym krokiem jest przygotowanie wykresu odporu sprężystego przy obliczaniu odkształceń. Wykorzystuje się do tego obliczone odkształcenia oraz hipotezy Winklera. Określa się także wielkość współczynnika K, który jest przyjęty dla istniejących warunków gruntowych.
Siły uogólnione Xj oraz X2, które działają w środku sprężystym układu można znaleźć poprzez uwzględnienie obciążenie konstrukcji siłami odporu sprężystego. Następnie należy obliczyć momenty gnące, a także siły normalne w poszczególnych przekrojach. Dzięki temu można zaprojektować obudowę.
Po obliczeniu zgodnie z powyższym sposobem, można obciążyć obudowę wielkością odporu sprężystego (uprawnienia architektoniczne – egzamin). Następnie należy wyznaczyć ostateczne wielkości X oraz X2, a także wielkości momentów M oraz siły normalne N w poszczególnych przekrojach obudowy.
