Posadowienie fundamentów bezpośrednich w funkcji przemarzania gruntów

Podstawowym celem pracy jest opracowanie efektywnego modelu obliczeniowego pozwalającego na zweryfikowanie aktualnych wymagań normowych głębokości posadowień bezpośrednich fundamentów, jeżeli głębokość ta jest podyktowana tylko głębokością przemarzania gruntu.

Model zostanie przedstawiony w postaci tabel i wykresów, powstałych w wyniku obliczeń numerycznych zweryfikowanych doświadczalnie. Końcowym efektem pracy jest: • określenie bezpiecznej, ze względu na przemarzanie, głębokości posadowienia fundamentów budynków, głównie na gruntach wysadzinowych, przez co narażonych na uszkodzenia w wyniku oddziaływania wysadziny, • podanie optymalnej ochrony cieplnej fundamentów, nie tylko ze względu na ochronę przez wysadziną, ale również ze względu na poprawę bilansu cieplnego budynku.

Cel pracy został osiągnięty poprzez zrealizowanie następujących zadań szczegółowych: 1) analizę istniejących metod teoretycznych, empirycznych i numerycznych wyznaczania rozkładu temperatury w gruntach zamarzających, 2) analizę zim z ostatniego 50-lecia pod kątem określenia maksymalnych wskaźników mrozowych dla klimatu Polski, 3) analizę programów numerycznych pod kątem przydatności do obliczenia rozkładu temperatur w zamarzających gruntach z uwzględnieniem wpływu źródeł ciepła, 4) analizę wpływu budynku ogrzewanego i nieogrzewanego na rozkład temperatury w gruncie, 5) analizę wpływu rodzaju gruntu, poziomu wody gruntowej, temperatury zamarzania wody w gruncie, warunku brzegowego (temperatura powietrza zewnętrznego), warunku początkowego na rozkład temperatury w zamarzającym gruncie, 6) analizę wpływu izolacji termicznej fundamentów na rozkład temperatury w gruncie w otoczeniu fundamentów, 7) opracowanie wytycznych ochrony fundamentów od działania mrozu w polskich warunkach klimatycznych.

SPIS TREŚCI:

Wykaz ważniejszych oznaczeń 5

WSTĘP 7

1. TEORETYCZNE PODSTAWY PRZENOSZENIA ENERGII I MASY W OŚRODKU GRUNTOWYM 9

1.1. Wprowadzenie 9

1.2. Podstawowe pojęcia i prawa opisujące przepływ masy i energii 10

1.3. Przewodzenie ciepła w ciałach stałych 11

1.3.1. Prawo Fouriera 11

1.3.2. Prawo Ficka 11

1.3.3. Równania różniczkowe przewodzenia ciepła w ciałach stałych 12

1.4. Nieustalone przewodzenie ciepła, warunki jednoznaczności jego rozwiązania 13

1.5. Analityczne metody rozwiązywania zagadnień nieustalonych pól temperatur 14

2. MODELOWANIE I ANALIZA SPRZĘŻONYCH PROCESÓW PRZEWODNICTWA CIEPLNEGO W OŚRODKU GRUNTOWYM 15

2.1. Pojęcie modelu 15

2.2. Opis fenomenologiczny ośrodka gruntowego 16

2.3. Rodzaje gruntów 17

2.4. Wysadzina gruntowa 18

2.4.1. Model hydrodynamiczny — przenikanie ciepła i masy jako zjawiska sprzężone 19

2.4.2. Model twardego lodu — tworzenie soczewek lodu 20

2.4.3. Ilościowe oszacowanie wysadziny 21

2.5. Model teoretyczny przemarzania gruntu 22

2.6. Wpływ wybranych czynników na rozkład temperatury w gruncie pod budynkiem 26

2.6.1. Parametry termofizyczne gruntu 26

2.6.2. Woda gruntowa 29

2.6.3. Śnieg 35

2.6.4. Uwarstwienie gruntu 42

2.6.5. Przesunięcia fazowe oraz amplitudy wahań średnich miesięcznych temperatur 43

2.7. Analiza rozkładu temperatury w gruncie w otoczeniu fundamentów budynku 49

2.7.1. Wprowadzenie 49

2.7.2. Metody numeryczne — analiza przydatności wybranych programów komputerowych do określenia pól temperatury w gruntach 50

3. OCHRONA PODŁOŻA GRUNTOWEGO PRZED DZIAŁANIEM MROZU 80

3.1. Wprowadzenie 80

3.2. Analiza głębokości przemarzania gruntu w czasie zim z ostatniego 50-lecia charakteryzujących się wysokim wskaźnikiem mrozowym Fd (pomiary bezpośrednie) 81

3.3. Analiza rozkładu temperatur w gruncie niezakłóconym budynkiem 85

3.4. Analiza rozkładu temperatury w gruncie zakłóconym budynkiem 88

3.4.1. Model obliczeniowy 88

3.5. Analiza wpływu ocieplenia fundamentów na rozkład temperatury w ich otoczeniu 92

3.5.1. Obliczenia 94

3.5.2. Wyniki obliczeń i ich analiza 96

3.6. Warunki posadowienia fundamentów budynków na głębokości 0,5 m 104

3.6.1. Symulacyjne wartości temperatur w gruncie na głębokości 0,5 m w okolicy fundamentu 107

PODSUMOWANIE I WNIOSKI 114

Podsumowanie 114

Wnioski 115

Oryginalne elementy pracy 117

Kierunki dalszych prac 118

DODATEK (wyniki z obliczeń) 120

LITERATURA 205

STRESZCZENIE 219

ABSTRACT 220