Zwierciadła wody gruntowej

Przy niektórych robotach w warstwie gruntu poniżej zwierciadła wody gruntowej zachodzi potrzeba wstrzymania ruchu wody. Do typowych budowli tego typu należą wszelkie roboty górnicze, a zwłaszcza przy głębieniu szybów i wykonywaniu sztolni. Jedną z najczęściej stosowanych metod opanowania wód wgłębnych przed dopływem ich do miejsca pracy jest zamrażanie górotworu na okres głębienia i obudowy szybu (program uprawnienia budowlane na komputer).

Obudowę szybu wykonuje się z reguły z betonu. Temperatura zamrożenia górotworu może być różna, zależna od wielu parametrów. Najczęściej spotyka się następujące temperatury zamrożenia:
1. temperatura - 10°C dla szybów kopalni węgla i rud,
2. temperatura -30 do - 36’°C dla szybów kopalni soli (włosy solankowe zamarzają dopiero w bardzo niskich temperaturach),
3. temperatura od -10 do -36°C dla warunków pośrednich w stosunku do wyżej określonych (program uprawnienia budowlane na ANDROID).

Temperatura w wydrążonych szybach czy sztolniach jest także ujemna. Układany beton w obudowie sztolni znajduje się w specyficznych warunkach, innych niż beton układany w normalnej naziemnej konstrukcji w okresie zimowym. Różnica polega głównie na tym, że jedna ściana betonu przylega bezpośrednio do zamrożonego gruntu, a druga ściana betonu przylega do zimnego deskowania czy też żeliwnych tubingów chłodzonych bez przerwy powietrzem sztolni o stałej ujemnej temperaturze. Ponieważ beton układa się w niewielkich ilościach, ciepło hydratacji nie wpływa na temperaturę powietrza w sztolniach (uprawnienia budowlane). Przy powyższych pracach nie występuje wiatr. Zadaniem obudowy betonowej jest przejęcie sil od parcia gruntu po jego rozmrożeniu.

Wytrzymałość zatem betonu i jego szczelność mają doniosłe znaczenie.
Zagadnieniom powyższym poświęcono kilka prac. W roku 1928 R. Griin opublikował wyniki badań zachowania się betonu dla konkretnych przemysłowych założeń, a mianowicie dla ściany zamrożonej do temperatury - 12°C (program egzamin ustny).

Straty ciepła

W roku 1953 M. Fuksa omówił w swojej pracy doktorskiej własne badania w zakresie temperatur do - 30 C, przeprowadzone na polskich cementach w skali laboratoryjnej i technicznej. Badania M. Fuksy dały odpowiedź na kilka zasadniczych problemów (opinie o programie). Dla oceny stopnia bezpieczeństwa obudowy szybów miarodajną jest w zasadzie tylko wytrzymałość uzyskana przez beton przed rozmrożeniem gruntu. Wytrzymałość betonu uzależniona jest od rodzaju temperatury i jej rozkładu w betonie. Duże znaczenie dla stosunków temperaturowych w betonie ma wartość strat cieplnych do gruntu oraz do powietrza. Wartość ta zależy - w przybliżeniu - tylko od odległości poszczególnych partii betonu od powierzchni zamrożonego ociosu.
Straty ciepła do powietrza przez osłonę metalowych tubingów są ok. 4-krot- nie mniejsze niż do gruntu.

Zaczerpnięty z pracy M. Fuksy - układu temperatur w betonie, stanowiącym obudowę szybu, przy następujących danych: grubość obudowy betonowej 60 cm, temperatura początkowa betonu thp = 40°C, temperatura gruntu t„ - 30 C. Ostatecznie sformułowano wniosek, że obudowę betonową szybu można podzielić pod względem przebiegu temperatur na dwie zasadnicze warstwy:
a) Warstwę przyociosową o grubości 15 cm, wykazującą szybki spadek temperatury w poszczególnych punktach. Dla warstwy tej nie można wprowadzić temperatury zastępczej do analizy przebiegu tężenia betonu (segregator aktów prawnych).
b) Warstwę pozostałą, wykazującą prawie równe temperatury. Dla warstwy tej można wprowadzić temperaturę średnią dojrzewania i traktować ją całą jak dojrzewającą w tej samej temperaturze.

Z wystarczającym przybliżeniem można przyjąć, że beton w warstwie przyociosowej ma wytrzymałość ok. 40″ o niższą niż w odcinku pozostałym. Faktyczne wytrzymałości betonu ocenia się według przebiegu temperatur.

Ze względu na szczególnie niskie temperatury i fakt, że obudowę wykonuje się tylko z betonu bez stali zbrojeniowej, do betonu można dodawać nawet do 12% chlorku wapniowego lub innej równoważnej domieszki (promocja 3 w 1).