Žilinská univerzita v Žiline Stavebná fakulta Študentská vedecká odborná činnosť Akademický rok 2006-2007 STAVBA KANALIZAČNÍHO SBĚRAČE Meno a priezvisko študenta : Ročník a odbor štúdia : 5. KON Vedúci práce : doc.ing.vladislav Horák,CSc. Žilina : 24.05.2007
OBSAH: 1. Anotace. str.2 2. Úvod. str.3 3. Všeobecná situace str.3 a) Geografické poměry. str.3 b) Geomorfologické poměry str.3 4. Inženýrskogeologické a hydrogeologické poměry lokality str.4 4.1 Inženýrskogeologické poměry.. str.4 4.2 Hydrogeologické poměry str.5 5. Geotechnické vlastnosti zastižených zemin a hornin. str.7 6. Návrh díla str.9 7. Statický výpočet str.11 7.1 Vnitřní síly str.11 8. Posouzení. str.15 1
1. ANOTACE Stavba se nachází pod ulicí Kunštátskou ve Znojmě. Vzhledem k nemožnosti vyloučení provozu na komunikaci, která se nachází na povrchu, a k objektům občanské výstavby nutno řešit výstavbu sběrače tunelářskou metodou. Statický výpočet v programu Plaxis 8.1. The construction is situated under the Kunštátská street in Znojmo.In the fact of unpossibility of exclusion on the road, which is situated on a surface, and to the objects of civil developement is necessary to solve the developement of collector with a tunnel method. Statical calculation was made with Plaxis 8.1. 2
2. ÚVOD Značná část materiálů, sloužících ke zpracování této práce,pochází z archívů firmy OHL ŽS Brno, která stavbu v dané lokalitě prováděla a dále firmy Pöyry Enviroment a.s. (dříve Aquatis a.s.), jež stavbu projektovala (viz. Příloha č. Použitá literatura) 3. VŠEOBECNÁ SITUACE a) Geografické poměry Zájmové území leží v severní části Znojma mezi ulicemi Palliardiho a Růženy Svobodové, v podstatě podél ulice Kunštánské, v nadmořské výšce okolo 281 m.n.m. Geograficky spadá zkoumaná lokalita do okrajové zóny údolní nivy potoka Leska, který protéká severně od lokality. V současné době je území zčásti zastavěno obytnými jedno až dvoupodlažními budovami, zčásti se zde nachází zahrádkářská kolonie. Kanalizace bude vedena v hloubce 6 8 m pod terénem ulice Kunštátské. b) Geomorfologické poměry Z hlediska geomorfologického členění spadá území do nejvýchodnější geologické jednotky Českého masívu, označené jako Dyjská klenba, konkrétně do její centrální části tvořené Dyjským masivem. Regionálně se jedná o jihovýchodní okraj Jevišovické pahorkatiny (I 2 C - 7). 3
4. INŽENÝRSKOGEOLOGICKÉ A HYDROGEOLOGICKÉ POMĚRY LOKALITY 4.1 Inženýrskogeologické poměry Geologické poměry na území města Znojma lze označit jako složité. Naše zájmové území je součástí nejvýchodnější geologické jednotky krystalinika Českého masívu Dyjské klenby a to její střední částí Dyjského masivu. Dyjský masiv je budován granotiodními horninami typu biotitického granodioritu a biotitické žuly, zčásti zbřidličnatělými. Tyto horniny podléhaly od svého vzniku různým stupňům zvětrání a denudace, takže dnes je nacházíme v elevacích i depresích v podobě od silně zvětralé horniny až do typu zeminy, přes zvětralé, navětralé až k pevným skalním horninám, více či méně rozpukaným. Navíc se v granitoidech vyskytují velmi pevné žíly křemene, aplitu nebo pegmatitu, zčásti rozpukané, ve zcela nepravidelných pozicích, sledujících tektonické projevy v masívu. Okraj Dyjského masívu je přikryt nasedlými třetihorními sedimenty, což bylo ověřeno dokumentacemi během ražby stoky. V místě čelby podzemního díla byly zjištěny horniny, které odpovídají stratigrafickým zařazením většinou neogénu, a to spodnímu oddílu spodní miocén, určenému zde útvary eggenburgu, eggenburg ottnangu a ottnangu. Místy byly zjištěny i kvartérní sedimenty, které však tvoří zejména nadloží štol, takže v místě jejich čeleb byly zastiženy jen omezeně. Sedimenty z období ottnangu jsou původu brakického, limnického a fluviálního, ze staršího období (ottnang eggenburg) patří k sedimentaci sladkovodní. Tyto se ukládaly na mořské až brakické sedimenty nejstarší stáří eggenburg. Jednotlivé typy do sebe nepravidelně přecházejí, křížově vykliňují a vzájemně se zastupují. 4
Petrograficky se v místě čeleb (východní část, blíže k ulici Riegrově, viz Příloha č. Přehledná situace) jedná převážně o křemenné písky a štěrky, hrubé až středně zrnité, s valouny i neopracovaným materiálem převážně původu z granitoidů dyjského masívu a křemene s vložkami jílů, kaolinických a prachovitých jílů a kaolinických písků. Střední část úseku je tvořena písčitým materiálem na úkor štěrků, místy s přetrvávajícími proplástky jílů. V západní části byly zjištěny převážně jíly, značně rozpukané s proplástky jílovce, dále pak poloha šedozelených jílů o mocnocti 20 cm přeplněná skořápkami měkkýšů. Kvartérní sedimety v nadloží spodního neogénu (spodní miocén), zastoupené deluviálními a sprašovými hlínami, byly zjištěny ve střední části úseku. Ve střední, částečně i východní části byly v místech čelby zastiženy i navážky typu tuhý domovní odpad, v mocnostech až 6 m pod terén. Navážky představují výplň původních terénních elevací nebo výplň jam, které v území na severním okraji města vznikly jednak drobnou místní těžbou štěrků a písků, jednak válečnou činností v období 2. světové války. Jsou slabě konsolidované. 4.2 Hydrogeologické poměry Po stránce hydrogeolgické je území Znojma řazeno ke dvěma rajonům, v západní části, tvořené krystalickými horninami je to rajon 654 krystalinikum v povodí Dyje, ve východní části neogenních sedimentů se jedná o rajon 224 Dyjsko svratecký úval. Zkoumané území spadá do rajonu prvního, to je 654 krystalinikum v povodí Dyje. V této části bude preferován výskyt podzemní vody puklinového typu. Pukliny jsou většinou sepnuté, vyplněné často nepropustnými produkty větrání. Funkci kolektoru pro tento typ podzemní vody zde plní tektonicky exponovaná místa či petrograficky odlišné vložky hornin. Funkci kolektoru pro průlinovou vodu v území krystalinika plní zóna povrchového rozpojení hornin, hydrogeologickým izolátorem jsou zde komplexy 5
hornin krystalinika. Průlinová voda je vázaná i na kvartérní fluviální štěrkopískové sedimenty uložené kolem vodních toků (lokalita se nachází cca 100 m od potoka Leska viz Příloha č. Přehledná situace). Pro tento typ zvodnění je podstatná infiltrace srážkových vod v celé ploše území. V okolí povrchových toků proudí voda vesměs s volnou hladinou a dochází zde k hydraulické spojitosti podzemních vod s tokem. Průzkumnými sondami v okolí sondy ZN 114,115,116,117,118 nebyla hladina podzemní vody zastižena, předpokládá se až v hloubce 12 m pod terénem. 6
5. GEOTECHNICKÉ VLASTNOSTI ZASTIŽENÝCH ZEMIN A HORNIN Navážka Použitá norma: ČSN 73 1001 Název: Navážka Objemová tíha γ [kn/m 3 ] 19,0 Deluviální hlína, sprašová hlína Použitá norma: ČSN 73 1001 Třída, symbol: F5 (MI) G Název: Hlína se střední plasticitou, s příměsí štěrku Konzistence: Pevná Stupeň nasycení S r [-] <0,8 Poissonovo číslo ν 0,40 Objemová tíha γ [kn/m 3 ] 20,0 Modul přetvárnosti E def [MPa] 8,5 Koheze (totální) c u [kpa] 75,0 Úhel vnitřního tření (totální) ϕ u [ ] 11,0 Koheze (efektivní) c ef [kpa] 30,0 Úhel vnitřního tření (efektivní) ϕ ef [ ] 21,0 Třída těžitelnosti dle ČSN 73 3050 4 7
Štěrky hrubozrnné Použitá norma: ČSN 73 1001 Třída, symbol: G3 (G F) Název: Štěrk s příměsí jemnozrnné zeminy Index ulehlosti I D [-] 0,7 Poissonovo číslo ν 0,25 Objemová tíha γ [kn/m 3 ] 19,0 Modul přetvárnosti E def [MPa] 91,0 Koheze (efektivní) c ef [kpa] 0,0 Úhel vnitřního tření (efektivní) ϕ ef [ ] 34,0 Třída těžitelnosti dle ČSN 73 3050 3 Písek hrubozrnný, písek středně zrnitý, písek jemnozrnný Použitá norma: ČSN 73 1001 Třída, symbol: S3 (G F) Název: Písek s příměsí jemnozrnné zeminy Index ulehlosti I D [-] 0,7 Poissonovo číslo ν 0,30 Objemová tíha γ [kn/m 3 ] 18,0 Modul přetvárnosti E def [MPa] 91,0 Koheze (efektivní) c ef [kpa] 0,0 Úhel vnitřního tření (efektivní) ϕ ef [ ] 31,0 Třída těžitelnosti dle ČSN 73 3050 3 8
Jíl písčitý, jíl plastický šedohnědý, jílovec Použitá norma: ČSN 73 1001 Třída, symbol: F8 (CH) Název: Jíl s vysokou plasticitou Konzistence: Pevná Stupeň nasycení S r [-] <0,8 Poissonovo číslo ν 0,42 Objemová tíha γ [kn/m 3 ] 20,5 Modul přetvárnosti E def [MPa] 7,0 Koheze (totální) c u [kpa] 85,0 Úhel vnitřního tření (totální) ϕ u [ ] 6,5 Koheze (efektivní) c ef [kpa] 21,0 Úhel vnitřního tření (efektivní) ϕ ef [ ] 15,0 Třída těžitelnosti dle ČSN 73 3050 4 9
6. NÁVRH DÍLA Jako základní výztužný prvek ostění navržena ocelová rámová výstroj tzv. Heintzman. Konkrétně navržen profil K21 tvaru světlého průřezu 00, provedení B (obr. 1). Rozměry profilu dány možností použití nejjednodušší mechanizace při provádění díla (obr. 2). Obr.1 výztužný prvek ostění Obr.2 rozměry rámové výstroje 10
Pažení mezi těmito rámy bude tvořeno stříkaným betonem tl. 150 mm (C25/30) vyztuženým sítí KARI 4/4/100 mm. Řez takto vzniklým profilem ukazuje obrázek 3. Obr.3 Průřez ostění 7. STATICKÝ VÝPOČET Pokud si představíme úlohu, která má být řešena, jedná se o model pružného poloprostoru. V něm působí zadané zatížení a vlastní tíha materiálů. Úloha se navíc skládá z několika časově odlišných kroků - přitížení, odlehčení, vestavění ostění, deformace apod. přistupují do výpočtu v různých časech. Toto vše přispívá k volbě způsobu řešení tohoto problému. Z možných metod návrhu se jako nejrozumnější jeví metoda matematického modelování. 7.1 VNITŘNÍ SÍLY Ke zjištění vnitřních sil na ostění výrubu byl použit program Plaxis 8.1, který pracuje na principu MKP. Podrobný popis práce s tímto programem při vytváření modelu a následném výpočtu vnitřních sil není v tomto textu uveden. Ostění sběrače modelováno prvky Beam. Vnitřní síly byly zjišťovány ve třech různých řezech s různou výškou nadloží a s různými geologickými podmínkami ( obr. 4, obr. 5, obr. 6). Schematický popis geologických podmínek pro jednotlivé řezy: Řez I-I: S3 (G-F), F8 CH, S3 (G-F) Řez II-II: N, F5 (MI) G Řez III-III: S3 Vlastnosti zemin viz kapitola 4. 11
Obr. 4 Řez I-I Obr. 5 Řez II-II 12
Obr. 6 Řez III-III Zatížení komunikace na povrchu voleno podle mostní normy (seskupení I) vždy v nejnepříznivější kombinaci. Přitížení v základové spáře od stávajících budov 200 kpa. Vnitřní síly byly zjištěny následující: Řez 1-1 N max [kn] -96,19 M max [knm] -43,98 Řez 2-2 -239,38-189,72 Řez 3-3 -110,93-92,44 Kromě velikosti vnitřních sil byla zjišťována i velikost poklesové kotliny. Její maximální hodnota však nebyla omezena. 13
Obr. 7 Poklesová kotlina, Řez I-I Obr. 8 Maximální deformace, Řez I-I 14
8. POSOUZENÍ Předmětem této práce je posoudit pouze průřez ostění na vnitřní síly zjištěné v Řezu I-I. Průřez je posuzován jako spřažený ocelo-betonový. Účinky KARI sítě lze vzhledem k jejím malým průřezovým rozměrům zanedbat. Ostění posuzováno pro vzdálenost výztužných rámů 1 m. Průřezové veličiny: 4 2 A a = 26,41 10 m ; A c = 2 0,15m ; Návrhové pevnosti: f f f = γ 8 4 I x = 318,02 10 m ; I y 4 I x = 0,0125m ; I y 295 = yk yd = 256, 52 a 1,15 f = ck γ 25 = cd = 14, 17 c 1,5 MPa Únosnost průřezu v tlaku: MPa = = 4 4 2,8125 10 m 8 4 362,7 10 m 4 NPl, Rd = Aa fyd + Ac fcd = 26,41 10 256,52 + 0,15 14,17 = 2802, 97kN 4 NPl, R = Aa fyk + Ac 0,85 fck = 26,41 10 295 + 0,15 0,85 25 = 3966, 6kN Štíhlost: Vzpěrná délka: l = L + L 800 = 2 2740 + 2332 800 7012mm 2 2 1 = 30500 - nerozhoduje 1,35 8 30500 4 12 = 210000 362,7 10 + 0,85 2,8125 10 = 6,1627 10 Nmm 1,35 y 8 12 2 ( EI ) = 210000 318,02 10 + 0,85 0,0125 = 240 10 Nmm e x 2 ( EI ) N e ( EI ) 2 x 2 12 π e π 6,1627 10 cr = = = 1237, 05 2 2 l 7012 kn 15
NPl, R 3966,6 λ = = = 1,8 - vliv vzpěru se neuvažuje N 1237,05 cr Únosnost průřezu v ohybu: N c + Na1 = Na2 => x = vzdálenost neutrální osy od tlačeného (horního) okraje průřezu. x = 41,31 mm 41,31 2 ( 2950,872 48,9445 + 783,5105 8,5799) + 14,17 41310 50, knm M pl, Rd = 252,56 = 19 Průřez se posoudí pomocí interakčního diagramu: 16
Bod 0 = N Pl,Rd Bod 1 = M Pl,Rd Ostatní body interakčního diagramu získány volbou polohy neutrální osy průřezu. Z interakčního diagramu je zřejmé, že bod, jehož souřadnice tvoří hodnoty vnitřních sil na ostění v Řezu I-I, bezpečně padne dovnitř plochy omezené křivkou mezního namáhání průřezu => průřez vyhovuje na kombinaci ohybu a tlaku. 17