W Mietniowie k. Wieliczki powstało osiedle dziewięciu budynków, które są jednakowe pod względem architektonicznym, jednak ich konstrukcja jest zróżnicowana. W projekcie konstrukcyjnym zastosowano rozwiązania, dzięki którym nowo stawiane domy mogą być umiejscowione na terenach osuwiskowych i zagrożonych szkodami górniczymi.
Naczelną ideą przyświecającą autorowi projektu było stworzenie małego, zwartego budynku jednorodzinnego, którego konstrukcja umożliwiłaby jego powtórne poziomowanie w przypadku wystąpienia osiadania i przemieszczenia podpór (fundamentów). To osiadanie mogłoby być wynikiem uaktywnienia się osuwiska lub pojawienia się szkód górniczych. Realizację eksperymentalnego osiedla zaproponowano nieprzypadkowo na działce położonej w strefie osuwiskowej, aby w realistyczny sposób odtworzyć spektrum zagrożeń i utrudnień, jakie napotka przyszły inwestor tego typu zamierzenia. Ostatecznym celem tego projektu jest stworzenie typowej dokumentacji technicznej, którą można będzie wykorzystać przy budowie domów w strefie zagrożenia osuwiskiem lub szkodami górniczymi.
Eksperymentalne osiedle domów w Mietniowie – opis projektu
Pierwszym etapem opracowania projektu budynku odpornego na uszkodzenia powstałe w wyniku wpływów osuwiskowych oraz górniczych były badania geologiczne prowadzone na działce, na której wnioskodawca planował zrealizować inwestycję i prowadzić badania. Następnie wykonano projekty budowlane (wstępne) zawierające dziewięć różnych wariantów posadowienia.
>> Fundamentowanie w trudnych warunkach
>> Hydroizolacja budynku posadowionego na skarpie. Płyta fundamentowa lub ławy
>> Hydroizolacja fundamentów budynku posadowionego na skarpie. Ławy schodkowe
Fot. 1. Osiedle domów jednorodzinnych w Mietniowie Fot. autora
Rodzaje posadowienia opracowane w projektach to:
- bezpośrednie płyty fundamentowe z siłownikami hydraulicznymi;
- bezpośrednie płyty prefabrykowane z siłownikami hydraulicznymi;
- bezpośrednie fundamenty liniowe stopy z siłownikami hydraulicznymi;
- bezpośrednia płyta fundamentowa z wymianą gruntu, z siłownikami hydraulicznymi;
- bezpośrednia płyta fundamentowa z otworami, z siłownikami hydraulicznymi;
- posadowienie na palach zbrojonych z oczepem w formie rusztu żelbetowego, z siłownikami hydraulicznymi;
- pośrednie pale z siłownikami hydraulicznymi;
- bezpośrednie – pocieniona płyta fundamentowa prefabrykowana z siłownikami hydraulicznymi;
- pośrednie – pale z siłownikami hydraulicznymi.
Na potrzeby opracowania projektów wnioskodawca zbudował dziewięć prototypów budynków w skali 1:1, każdy o innej konstrukcji, a także wykonał oraz zamontował platformy do symulacji przemieszczeń fundamentów z kompletnym oprzyrządowaniem hydraulicznym, sterowaniem i oprogramowaniem. We wcześniej wykonanych gniazdach stalowych zostało umieszczonych sześć siłowników hydraulicznych, które mają służyć do symulacji osuwiska. Planowany maksymalny ich wysięg wynosił ok. 0,5 m. Siłowniki wyposażone w pompy hydrauliczne będą sprzężone w system automatycznego poziomowania sterowany centralnie przez dedykowane oprogramowanie. Wykonane budynki – prototypy zostały poddane próbom badawczym w następujących pięciu cyklach:
- I– stabilność konstrukcji po zwolnieniu jednej podpory,
- II – stabilność konstrukcji przy zwolnieniu dwóch podpór,
- III– stabilność konstrukcji przy zwolnieniu trzech podpór,
- IV – obniżanie rzędów podpór,
- V – obniżenie rzędów podpór względem naroży konstrukcji.
Dzięki takiemu zróżnicowaniu testów wnioskodawca był w stanie sprawdzić wszystkie możliwości konstrukcyjne i opracować projekty domów dostosowane do odpowiednich warunków.
>>> Osuwiska – zagrożenie dla budowli hydrotechnicznych
>>> Sposoby zabezpieczania osuwisk
Do agregatu hydraulicznego podpięto dwoma elastycznymi przewodami zakończonymi szybkozłączkami sześciosekcyjny rozdzielacz ze sterowaniem ręcznym – oddzielnie dla każdej sekcji. Rozdzielacz miał wbudowany zawór przeciążeniowy, którego zadanie polega na ochronie instalacji hydraulicznej i siłowników przed zbyt wysokim ciśnieniem. Następnie każdą sekcję rozdzielacza połączono jednym elastycznym przewodem z podnośnikiem.
Sześć siłowników hydraulicznych jednostronnego działania o sile podnoszenia 5400 kN i maksymalnym wysuwie 150 mm umieszczono w miejscach wskazanych w dokumentacji. Następnie obok podłączonych siłowników zamontowano czujniki przemieszczenia zasilane napięciem 24 V. Każdy czujnik oznaczono zgodnie z oznakowaniem siłownika. Zadaniem każdego z nich jest pomiar przemieszczeń konkretnego punktu budynku. Rozdzielczość pomiarowa czujników wynosi 0,01 mm. Czujnik podłączono przewodami do uniwersalnego, szesnastokanałowego zestawu KSD 400, który służy do przetwarzania sygnału analogowego prądowego lub napięciowego na cyfrowy. Zestaw został podłączony do komputera przenośnego poprzez kartę pomiarową. Dzięki oprogramowaniu zainstalowanemu na komputerze na ekranie monitora wyświetla się położenie każdego z czujników przemieszczenia.
Wykonanie dziewięciu różnych prototypów umożliwiło przetestowanie wszystkich dostępnych rozwiązań jednocześnie w podobnych warunkach gruntowych. Dokonano analizy porównawczej pod względem efektywności, pracochłonności, kosztów, odporności na działanie czynników osuwiskowych oraz dopuszczalnych przemieszczeń i osiadań. Przedsięwzięcie ostatecznie pozwoli na wybór najlepszego możliwego wariantu budynku dla danych byłaby odporna na działanie zjawisk osuwiskowych i szkód górniczych. Zagadnienie to wymaga szybkiego rozwiązania ze względu na coraz większe niedobory przestrzeni pod nowe inwestycje, a co za tym idzie, konieczność realizacji budynków na terenach zagrożonych osuwiskiem. Budynki mogą być stawiane na terenach osuwiskowych i zagrożonych szkodami górniczymi pod określonymi warunkami, np. przy jednoczesnym wzmocnieniu zbocza.
W dalszej części artykułu:
Metody rektyfikacji (prostowania) istniejących budynków
Rysunki – przekroje fundamentów przy różnych wariantach posadowienia
Układ funkcjonalno-użytkowy budynków eksperymentalnego osiedla
– Dane techniczne budynku jednorodzinnego mieszkalnego z projektu budowlanego
– Dane konstrukcyjne realizowanych budynków
– Opis wnęk przygotowanych do umieszczenia siłowników hydraulicznych
– Mechanizm podnoszenia
Eksperymentalne osiedle domów – wnioski po realizacji zadania
Cały artykuł dostępny jest w numerze 1/2024 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”
Zbigniew Dusza
konstruktor, rzeczoznawca budowlany
Biuro projektowe Kopuła
