MASARYKOVA UNIVERZITA

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta Ústav geologických věd Dimenzování plošných základových konstrukcí na základě výsledků statické penetrace v Olomouci-Řepčíně Bakalářská práce Karolína Skalková Vedoucí práce: doc. Mgr. Martin Ivanov, Dr. Konzultant: RNDr. Ivan Poul, Ph.D. Brno 2011

2 c 2011 Karolína Skalková Všechna práva vyhrazena

3 Prohlášení Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem, jež jsem vypracovala samostatně. Veškerou literaturu a ostatní prameny, ze kterých jsem při přípravě práce čerpala, řádně cituji a uvádím v seznamu použité literatury. Souhlasím s veřejným půjčováním práce.... Podpis

4 Jméno a příjmení autora: Název bakalářské práce: Název v angličtině: Studijní program: Studijní obor: Vedoucí bakalářské práce: Karolína Skalková Dimenzování plošných základových konstrukcí na základě výsledků statické penetrace v Olomouci-Řepčíně Dimension of areal foundational constructions on the basis of results of cone penetration test in Olomouc-Řepčín Geologie Geologie doc. Mgr. Martin Ivanov, Dr., RNDr. Ivan Poul, Ph.D. Rok obhajoby: 2011 Anotace v češtině: Práce se zabývá řešením návrhu plošného základu na konkrétním případu rodinného domu v lokalitě Olomouc-Řepčín. Cílem práce je na základě výsledků inženýrsko-geologického průzkumu posoudit základové poměry a navrhnout bezpečný a ekonomický způsob založení rodinného domu. Výpočty jsou provedeny podle neplatné a nově platné normy, ručně a v programu GEO 5.0. Výsledky výpočtů a návrhů základu jsou v práci uvedeny. Anotace v angličtině: The thesis focuses on a shallow foundation project of a single-family house in Olomouc-Řepčín locality. The aim is to analyse the situation of foundation and propose a safe and cost-effective type of foundation for a family house, on the basis of an engineering-geological survey. All calculations are performed according to both old and currently valid regulation, manually and in GEO 5.0. The results of calculations and the final project are included in the thesis. Klíčová slova v češtině: Plošný základ, základový pás, inženýrsko-geologický průzkum, statická penetrace, GEO 5.0. Klíčová slova v angličtině: Shallow foundation, continuous footing, engineering-geological survey, cone penetration test, GEO 5.0.

5 Poděkování Děkuji tímto doc. Mgr. Martinu Ivanovovi, Dr. za cenné rady, věnovaný čas a vstřícný přístup při vedení mé práce. Dále děkuji RNDr. Ivanu Poulovi, Ph.D. za odborné konzultace a dodání potřebných materiálů.

6

7 Obsah 1 Úvod 8 2 Geomorfologie 9 3 Geologie 10 4 Základové konstrukce Druhy plošných základů Základové patky Základové pásy Základové rošty Základové desky Penetrační zkoušky Metoda statické penetrace Přehled geomechanických vlastností příslušných zemin 17 7 Software a normy pro stanovení základových konstrukcí ČSN Základová půda pod plošnými základy ČSN EN Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí Geotechnický software GEO Metodika práce Návrh základu podle I. skupiny mezních stavů únosnost Výpočet únosnosti základové půdy Výpočet zatížení působících na základovou půdu Návrh základu podle II. skupiny mezních stavů použitelnost Výsledky Diskuse Závěr Použitá literatura 31 A Tabulky 33 B Obrázky 39 C Grafy 41 D Schémata 44

8 1 Úvod Základová konstrukce je nedílnou součástí každého stavebního objektu. Základy musí zajistit stabilitu stavby a bezpečně přenést do podloží veškerou její tíhu. Do základové půdy se přenášejí účinky zatížení stavbou a zároveň na ni působí vlivy okolního prostředí, jako jsou změny vlhkosti, kolísání hladiny podzemní vody nebo změny teploty. Na základě těchto účinků dochází v základové půdě k vyvolávání procesů, které způsobují i změny v povaze chování stavební konstrukce. Plošné základy jsou nejspodnější částí stavebních konstrukcí, které roznášejí zatížení od stavby v malé hloubce hlavně svou plochou. Správné navržení a provedení základových konstrukcí je jednou ze zásadních a nejdůležitějších podmínek pro další výstavbu. Návrhu základů je nutné věnovat zvýšenou pozornost, protože chyby vzniklé při špatném provedení jsou velice těžko opravitelné. Případné pochybení ve způsobu provedení základů by se mohlo později projevit zásadním způsobem na kvalitě stavby. Sanace a rekonstrukce se vzhledem k obtížnému přístupu k těmto konstrukcím neobejdou bez značných finančních nákladů. Je tedy důležité, seznámit se se skladbou horninového prostředí už při projektování a před samotným výkopem stavební jámy. Za tímto účelem je nezbytné provést inženýrsko-geologický průzkum, kterým získáme obraz o složení základové půdy a jejích vlastnostech, jež významně ovlivňují způsob založení a náklady na zakládání. Významnou součástí tohoto průzkumu je stanovení geomechanických parametrů zemin a hornin a získání údajů o vlivu podzemní vody na základové konstrukce. Na základě informací získaných inženýrsko-geologickým průzkumem lze provést výpočty nutné k posouzení únosnosti základové půdy, navrhnout vhodné rozměry a druh základů nebo určit celkové sedání stavby. V bakalářské práci byly pro porovnání některé výpočty provedeny podle dnes již neplatné normy ČSN a nově zavedených Eurokódů. Zásluhou neustále se rozvíjejících moderních technologií je možné provádět posouzení a návrhy základových konstrukcí i s pomocí výpočtových programů, které usnadňují práci. Pro tyto účely byl použit geotechnický software GEO 5.0. Výpočty byly provedeny na konkrétním případu návrhu základu pro dvoupatrový rodinný dům na stavební lokalitě v Olomouci-Řepčíně. Cílem bakalářské práce je posoudit základové poměry a navrhnout takový způsob plošného založení domu, aniž by byl překročen některý z mezních stavů únosnosti nebo přetvoření a nedošlo tedy k zaboření základu nebo k přetvoření konstrukce, které by ohrozilo její použitelnost. 8

9 2 Geomorfologie Na území města Olomouce se z hlediska geomorfologického členění setkávají dvě základní jednotky celek Nízkého Jeseníku, který je součástí Krkonošsko Jesenické subprovincie v provincii Česká Vysočina a geomorfologický celek Hornomoravský úval, který širším začleněním spadá do oblasti Západní Vněkarpatské sníženiny a subprovincie Vněkarpatské sníženiny v provincii Západní Karpaty. Rozdílná geologická stavba i historický vývoj obou jednotek se odráží i v odlišném reliéfu. Při podrobnějším dělení je možné území rozdělit do čtyř geomorfologických okrsků. Jediný okrsek patřící do celku Nízkého Jeseníku je Radíkovská vrchovina, která leží na východě na geologickém podkladu spodnokarbonských břidlic a drob moravických a hornobenešovských vrstev. Celku Hornomoravský úval náleží zbývající tři geomorfologické okrsky na východě Žerotínská rovina, ve středu Středomoravská niva a na západě Křelovská pahorkatina. Zájmové území, ležící v městské části Řepčíně (obr. 1), je z hlediska orografického třídění České republiky (Czudek et al., 1972) součástí geomorfologického celku Hornomoravského úvalu, podcelku Prostějovská pahorkatina a okrsku Křelovská pahorkatina. Křelovská pahorkatina je nížinná pahorkatina vyvinutá převážně na neogenních a kvartérních sedimentech. Tvoří staré údolí řeky Moravy, která je osou Hornomoravského úvalu. Hornomoravský úval je sníženina s podélnou osou ve směru SZ-JV s mírně zvlněným nížinným georeliéfem ve výškách m n.m. Je vyplněn neogenními a kvartérními sedimenty, ze kterých ojediněle vystupují horniny Českého masivu (Demek et al., 1965). Západní část Hornomoravského úvalu tvoří nížinné pahorkatiny a východní část náplavové kužely. Vývoj Hornomoravského úvalu začal ve spodním pannonu, kdy poklesly horniny Českého masivu podél zlomů. Po poklesu došlo k transgresi Pontského jezera, která pronikla na toto území z Dolnomoravského úvalu. Tektonické pohyby v této oblasti vyzdvihly některé části úvalu a v takto vyzdvižených oblastech docházelo k denudaci. Pleistocenní periglaciální pochody měly velký vliv na vývoj reliéfu. V západní části Hornomoravského úvalu se vyskytují typické sprašové sedimenty, zatímco ve východní části se jedná o sprašové hlíny (Demek et al., 1965). Obrázek 1: Geografická poloha zkoumané lokality (Cenia, 2010). 9

10 3 Geologie Geologická stavba Olomouce a jejího okolí je poměrně pestrá. Je tvořena rozmanitými geologickými jednotkami, které tvoří horniny Českého masivu a Západních Karpat. Geologický vývoj na Olomoucku probíhal na tektonických krách, jejichž průběh je výrazně omezen systémem zlomů, označovaným jako poruchové pásmo Hané. Struktura Hornomoravského úvalu je orientována napříč linie styku Českého masivu a Vnějších Západních Karpat. Představuje poklesovou jednotku s podélnou osou zhruba SZ-JV směru, která je vnitřně morfologicky diferencovaná (Zapletal, 2010). Skalní podloží Hornomoravského úvalu tvoří plošně málo rozsáhlé výskyty krystalinika, které jsou považovány za součást brunovistulika, respektive jeho dílčí části brunnie (brněnského plutonu) a jejich paleozoický sedimentární obal (Přichystal, Gnojek, Bednaříková, 2002). Krystalinikum vystupuje na povrch jen v několika tektonicky podmíněných hrástích ve střední části úvalu, na území Olomouce a v jejím blízkém okolí. Je tvořeno granitoidními plutonity a jejich pláštěm. Horniny pláště jsou kontaktně metamorfovány a výskyty plutonitů nejspíše splývají v malé hloubce ve větší granitoidní těleso, označované jako masiv Hornomoravského úvalu. Granitoidní horniny jsou zastoupeny dvojslídnými granity, které přecházejí do hrubozrnných pegmatoidních granitů, a biotitickými granodiority (Mísař et al., 1983). Paleozoický sedimentární obal je devonského až spodnokarbonského stáří. Devon Hornomoravského úvalu je vyvinutý ve facii Moravského krasu, zatímco spodní karbon je reprezentován kulmskou facií. Horniny usazené ve spodním karbonu tvoří část Radíkovské vrchoviny a vyskytují se na menších ostrůvcích zhruba v centru města. Jedná se o kulmské sedimenty, které jsou složené z drob, břidlic, prachovců a slepenců. Na rozdíl od devonských sedimentů je kulm na rozsáhlých plochách poměrně jednoduchý a litologicky jednotvárný. Nezpevněná autochtonní výplň Hornomoravského úvalu je neogenního až kvartérního stáří. Neogenní sedimenty patří dvěma transgresím. V miocénu, během spodního badenu, se deprese úvalu stala dílčí pánví systému karpatské předhlubně a byla vyplněna marinními sedimenty. Usazovaly se vápnité jíly, písky, štěrky a karbonátové sedimenty. Mladší je sladkovodní lakustrinní transgrese, která pronikla do Hornomoravského úvalu od jihu z vídeňské pánve. Je reprezentována jezerními písky až písčitými štěrky s vložkami pestrých nevápnitých kaolinických jílů. Po ústupu moře došlo k početným kerným pohybům podél starých zlomů. Usazeniny ze svrchní části neogénu, které sedimentovaly v pokleslých částech, se vyskytují v západní části města, kterou tvoří Křelovská pahorkatina. Byly to především sladkovodní jíly, písky a štěrky. V průběhu pleistocénu docházelo k dalším pohybům ker, které ovlivnily vývoj říční sítě. V povodí Moravy došlo ke vzniku rozsáhlých říčních teras, které vznikaly velkou nánosovou činností vodních toků. Klimatické faktory dob ledových jsou spojeny se vznikem spraší pokrývajících Hornomoravský úval. Spraše dosahují místy značných mocností, hlavně v Žerotínské rovině a Křelovské pahorkatině. Při okrajích úvalu vznikly náplavové kužely vodních toků. Kvartérní pokryv v širším okolí lokality je především fluviální a eolické geneze a je érou vzniku svahových a glaciálních sedimentů a půdních horizontů (Chlupáč et al., 2002). Geologická stavba zkoumaného území a jeho okolí je zobrazena na obr

11 3 GEOLOGIE Legenda: KVARTÉR (KENOZOIKUM) navážka, halda, výsypka, odval nivní sediment smíšený sediment spraš a sprašová hlína písek, štěrk KARBON (PALEOZOIKUM) jílové břidlice, prachovce, droby droby NEOGÉN (KENOZOIKUM) pestré písky, štěrky, silty, jíly, pestré jíly vápnitý jíl (tégl), místy s polohami písků Obrázek 2: Výřez z geologické mapy 1: s vyznačenou lokalitou výzkumu (ČGS, 2000). 11

12 4 Základové konstrukce Základy jsou konstrukční nosné prvky všech typů stavebních objektů, které zabezpečují přenášení sil od zatížení vrchní stavby a své vlastní tíhy na základovou spáru, tj. vodorovná rovina, kde se konstrukce základu stýká se základovou půdou a působí v ní kontaktní napětí. Objekty musí být vždy založeny tak, aby základy spolehlivě přenesly veškeré zatížení ze stavby na základovou půdu. Pokud by bylo zatížení přenášeno do základové půdy pouze malou plochou sloupů nebo stěn, mohlo by po překročení určité hodnoty zatížení dojít k zaboření stavební konstrukce. Proto se mezi konstrukci a základovou půdu musí vložit základ s takovými vlastnostmi a rozměry, které zabezpečí přenos zatížení v souladu s vlastnostmi základové půdy tak, aby konstrukce byla stabilní. Při navrhování základů je třeba sladit předpoklady návrhu se skutečným chováním základové konstrukce, aby nedošlo k jejímu porušení (Turček et al., 2005). Podle toho, jakým způsobem je přenášeno zatížení ze stavby do základové půdy, a vzhledem k hloubce založení, rozlišujeme dva konstrukční typy základů základy plošné a hlubinné. Plošné základy roznášejí zatížení stavbou na větší plochu základové půdy. Hlubinné základy přenášejí tíhu stavby prostřednictvím vertikálních prvků do velké hloubky a jsou vhodné zejména je-li únosná základová zemina v takové hloubce, kdy by byla realizace plošných základů ekonomicky nevýhodná nebo by nebylo tyto základy vůbec možné realizovat. Používají se také pokud má základová půda v úrovní základové spáry velkou stlačitelnost a v případech, kdy se hlubinným založením ušetří čerpání jinak nutné při zakládání pod hladinou vody (Bažant, 1981). 4.1 Druhy plošných základů K plošným základům, které bezprostředně podpírají konstrukci budovy a roznášejí zatížení v základové spáře na potřebnou plochu základové půdy, patří základové patky, pásy, rošty a desky (obr. 3). Všechny tyto druhy základů se dnes zhotovují hlavně z prostého nebo železového betonu. Dalším druhem jsou základy, které se montují přímo z hotových dílů. Montované základy urychlují práci na stavbě a ušetří stavební materiály. Nejčastěji se u nás používají montované patky a pásy. Různé rozměry dílů se vyrábějí podle konkrétních požadavků, které závisejí na stavební konstrukci a vlastnostech základové půdy. Montované základy mají ale více nevýhod (nerovné dno stavební jámy je třeba vyrovnat tenkou vrstvou betonu, proti monolitickým základům nejsou ekonomicky výhodné), proto se používají méně (Turček et al., 2005). 12

13 4 ZÁKLADOVÉ KONSTRUKCE Obrázek 3: Plošné základy. a) patky pod sloupy, b) pás pod sloupy, c) pás pod stěnou, d) rošt pod stěnami, e) deska pod sloupy (Turček et al., 2005) Základové patky Základové patky jsou zpravidla nejjednodušším a nejlevnějším způsobem založení velké většiny objektů s prutovými prvky (sloupy) v nosné konstrukci. Jako způsob založení se volí u budov občanských, průmyslových, zemědělských a inženýrských v případech, kde je základová půda požadované únosnosti v dosažitelné hloubce a je málo stlačitelná. Patky je nutné navrhovat tak, aby jejich sedání bylo co nejvíce rovnoměrné, což je velmi složité. Problém by mohl vzniknout pokud by základová půda v rozsahu staveniště měla rozdílnou únosnost a stlačitelnost. Při sedání by se mohly vytvořit příliš velké rozdíly a došlo by k porušení konstrukce. Základové patky mají v půdorysu převážně tvar čtverce a obdélníku, ale mohou mít i tvar kruhu nebo mnohoúhelníku. Podle výšky se rozlišují patky jednostupňové nebo vícestupňové (Maceková, Vlček, 2004) Základové pásy Základové pásy se navrhují pod nosné i nenosné stěnové konstrukce a pod skeletové konstrukce, pokud by vzdálenosti mezi patkami vycházely příliš malé. Takový případ je běžný u větších zatížení. U nás se jedná o nejrozšířenější způsob zakládání rodinných domů. Pásy se navrhují jako vhodný základ v méně únosných zeminách, aby se zvětšením plochy základu dosáhlo zmenšení kontaktního napětí v základové spáře a zlepšily se i podmínky pro založení. Pásy jsou navrhovány jako základ pod stěnami, které se používají u příčných nebo podélných nosných systémů. V průřezu mají základové pásy tvary obdélníkové jednostupňové, stupňovité, 13

14 4 ZÁKLADOVÉ KONSTRUKCE deskové (lichoběžníkové) nebo tvar obráceného T, který tvoří základový pás a horní žebro (Maceková, Vlček, 2004). Tvar průřezu základových pásů ovlivňuje volba materiálu a zatížení, které musí základ přenést do základové spáry. Šířka základových pásů závisí na tloušt ce zdiva. Na každou stranu zdi musí být pás rozšířen o mm Základové rošty Základový rošt je soustava pravoúhle se křížících základových pásů pod nosnými zdmi nebo sloupy. Zakládání na roštech je výhodné v obtížných podmínkách (málo únosné zeminy, poddolované nebo svážlivé území, seismické oblasti) nebo k přenášení velkých zatížení do podloží (Masopust, Glisníková, 2006). Výhodou zakládání na roštech je tuhost celé konstrukce, kterou lze navíc ještě zvýšit vhodným uspořádáním a spojením s konstrukcí suterénu. Tímto způsobem se snadněji vyrovnávají nerovnosti objektu (Maceková, Vlček, 2004) Základové desky Představují nejnákladnější druh plošných základů. Nejen na spotřebu materiálu, ale i na technologické zhotovení. Jedná se o souvislý plošný základ pod celým půdorysem stavby. Používá se při vysokém zatížení stavby nebo při zakládání v málo únosné půdě, kdy na spolehlivé přenesení zatížení nestačí patky, pásy ani rošty. Nebo tehdy, pokud by mezi patkami zůstalo málo volného prostoru a jejich budování by bylo velmi náročné. Desky jsou výhodné také v situacích, kdy se v půdě nachází spodní tlaková voda (Turček et al., 2005). Jejich výhoda spočívá v zabránění vzniku větších rozdílu při sedání jednotlivých částí konstrukce. 14

15 5 Penetrační zkoušky Princip penetračních zkoušek spočívá v zarážení nebo zatlačování zařízení daných technických parametrů do zeminy. Zároveň se sleduje závislost mezi zarážením a odporem zeminy. Penetrační zařízení mají na konci tyče kuželovitě zakončené koncovky, které se v případě dynamické penetrace do zeminy zarážejí, nebo se kovový hrot do zeminy zatlačuje a jedná se tak o penetraci statickou. Pomocí penetračních zkoušek můžeme zjistit řadu důležitých informací o vlastnostech zeminy souvisle v závislosti na hloubce. To je výhodné v případech, kdy se nedají odebírat neporušené vzorky (Turček et al., 2005). 5.1 Metoda statické penetrace Historie statických penetračních zkoušek sahá až do roku 1846, kdy byla tato metoda vyvinutá a poprvé popsaná francouzským inženýrem Alexandre Collinem. Jedná se o polní zkoušku, která slouží především k ověřování fyzikálně-mechanických vlastností zemin v daných přírodních podmínkách. Statickou penetrační zkoušku lze úspěšně aplikovat v soudržných i nesoudržných zeminách. U soudržných zemin se používá ke zjištění konzistence, totální soudržnosti a modulu deformace, u nesoudržných hlavně ke zjištění hutnosti, efektivního úhlu vnitřního tření a modulu deformace. Obecně spočívá princip metody ve vertikálním zatlačování cylindrického kužele do země konstantní rychlostí. Statický penetrační přístroj má tři hlavní části zatlačovací stroj nebo zařízení, penetrační soutyčí a penetrační hrot (obr. 4). Jednotlivé části jsou složeny z dalších dílů, jejichž rozměry jsou dány mezinárodním standardem, ale jsou tolerované určité odchylky (Matys et al., 1990). Od svého vzniku prošla metoda rozsáhlým vývojem a modernizací. V dnešní době se používá několik typů penetračních přístrojů. Jedná se o mechanické penetrometry, elektrické penetrometry a piezometry. Rozdíl je také ve snímaných údajích. Zatímco některé druhy mechanických a elektrických penetrometrů snímají pouze odpor na hrotu q c, používají se i zařízení, která navíc zaznamenávají plášt ové tření f s a v případě piezohrotu snímá hrot navíc tlak v pórech u (Reese et al., 2006). Existují i hroty, které měří uvedené veličiny v různé kombinaci a mohou být doplněny dalšími snímači, například teploty nebo chemismu. Hodnoty získané statickou penetrační zkouškou jsou ovlivněny typem půdy, pevností a konzistencí, které také mají vliv na vztah mezi měrným penetračním odporem q c a měrným lokálním plášt ovým třením f s. Díky výsledkům statických penetračních zkoušek můžeme provést klasifikaci základových půd. Obr. 5 znázorňuje korelace mezi odporem hrotu a třecím poměrem R f (= fs q c ). Tento klasifikační systém vytvořil v roce 1990 P. K. Robertson (Hunt, 2005). Statické penetrační zkoušky mají široké uplatnění hlavně při inženýrsko-geologickém průzkumu budoucího staveniště. Jejich výsledky slouží nejen pro navrhování plošných a hlubinných základů, ale také pro posuzování účinnosti zlepšování zemin, k rychlému určení složení a rozhraní jednotlivých vrstev nebo k určení hloubky zvětrávání. V kombinaci s vrtanými sondami jsou vhodné k sestavení geologického řezu území. Velmi často se používají jako doplňková terénní zkouška. Je-li však dostatečně známá geologická stavba území, lze statickou penetrační zkoušku použít i jako samostatnou metodu. Její úloha ale spočívá především ve zvýšení kvality průzkumných prací (Matys et al., 1990). 15

16 5 PENETRAC NI ZKOUS KY Obra zek 4: Schematicky pru r ez mechanicky m penetrometrem (Reese et al., 2006). Obra zek 5: Zjednodus eny klasifikac nı syste m zemin podle P. K. Robertsona. Hodnoty jsou stanoveny na za klade staticke penetrac nı zkous ky provedene standardnı m elektricky m penetrometrem (Hunt, 2005). 16

17 6 Přehled geomechanických vlastností příslušných zemin Jíly prachovité a písčité pj, J, prj Podloží v místě, kde mají stát rodinné domy, je proměnlivé. Tvoří ho zeminy charakteru jílů (jíl prachovitý, jíl písčitý, písek jílovitý). Písky byly zastiženy až pod předpokládanými úrovněmi základových konstrukcí. Pro předpokládanou hloubku založení 1,2 1,6 m jsou v tab. 1 uvedeny mechanické charakteristiky zemin, jejichž hodnoty vycházejí z laboratorních analýz, vyhodnocení statických penetračních zkoušek a orientačně podle normových charakteristik normy ČSN (Poul, 2010). Jíl s vysokou plasticitou Zatřídění zeminy dle ISO Cl/msaCl Zatřídění zeminy dle ČSN F8 CH/F6 CI Zatřídění zeminy dle ČSN značka jednotka konzistence I c 1 tuhá/pevná objemová tíha zeminy γ kn m 3 19,5 vlhkost w % mez tekutosti w 1 % (50 pro F6 Cl) mez plasticity w p % modul přetvárnosti E def MPa 3,7 oedometrický modul E oed MPa 10 Poissonovo číslo ν 1 0,42 převodní součinitel β 1 0,37 totální soudržnost c u kpa 60 totální úhel vnitřního tření ϕ u 0 efektivní soudržnost c ef kpa 18 efektivní úhel vnitřního tření ϕ ef 22 Tabulka 1: Mechanické vlastnosti jílovitých zemin (Poul, 2010). 17

18 7 Software a normy pro stanovení základových konstrukcí Při návrhu a tvorbě stavební konstrukce je třeba postupně stanovit velikost zatížení a reakcí, zvolit vhodné materiály a navrhnout tvar a rozměry tak, aby konstrukce odolala možným vlivům zatížení a bezpečně sloužila svému účelu. Jednou z možností návrhu konstrukce je metoda výpočtu podle mezních stavů. Mezní stavy základové půdy Při návrhu základů se pro posuzování základové půdy používá metoda mezních stavů. Mezní stav je takový stav základové půdy, při kterém dochází ke kvalitativním změnám v základové půdě nebo na konstrukci, že stavba přestává vyhovovat kladeným požadavkům. Rozlišujeme: Mezní stavy I. skupiny (mezní stav únosnosti): Namáháním základové půdy dochází ke vzniku souvislých smykových ploch. Půda se poruší a pod hranami základu se začnou vytvářet plastické oblasti, které se postupně rozšiřují. Pokud dojde k dalšímu zvětšení zatížení, konstrukce ztrácí svou stabilitu. Může se zabořit a naklonit a zemina je vytlačena nad původní terén. Mezní stavy II. skupiny (mezní stav použitelnosti nebo přetvoření): Ztěžují používání konstrukcí nebo základů. Výpočty podle mezního stavu přetvoření má být dokázáno, že provozní výpočtové zatížení nevyvolá takové přetvoření základové půdy, při kterém by došlo k nepřípustnému přetvoření konstrukce, které by ohrozilo její použitelnost (Weiglová, 2007). Geotechnické kategorie Geotechnické kategorie rozlišujeme podle složitosti základové půdy a náročnosti konstrukce: 1. GK jednoduché základové poměry a nenáročná konstrukce: Únosnost se posuzuje pouze podle hodnot tabulkové výpočtové únosnosti R dt a porovnává se s výpočtovým provozním kontaktním napětím v základové spáře σ ds : R dt σ ds 2. GK jednoduché základové poměry a náročná konstrukce; složité základové poměry a nenáročná konstrukce: Únosnost i sedání se už musí dokázat výpočtem, ale mohou se použít směrné normové charakteristiky, které jsou pro jednotlivé zeminy uvedeny. Pro jejich stanovení musí být pro zatřídění zeminy k dispozici alespoň základní průkazné hodnoty (vlhkost, konzistenční meze, zrnitost a ulehlost musí být známá z laboratoře). Použití všech průkazných hodnot z laboratorních nebo polních zkoušek je však vždy výhodnější, protože tak dochází k ekonomičtějšímu návrhu konstrukce. Pro 2. GK se porovnává únosnost základové půdy R d s výpočtovým extrémním kontaktním napětím σ de : R d σ de 3. GK složité základové poměry a náročná konstrukce: Pro výpočet sedání i únosnosti se musí použít průkazné hodnoty, získané z laboratorních zkoušek nebo polních zkoušek. Je dobré provést statický rozbor a na jeho základě stanovit výpočtové charakteristiky zemin (Weiglová, 2007). Pro 3. GK se také porovnává únosnost základové půdy R d s výpočtovým extrémním kontaktním napětím σ de : R d σ de 7.1 ČSN Základová půda pod plošnými základy Tato norma stanovuje zásady pro posuzování mezních stavů základových půd pod plošnými základy. Cílem výpočtu je zabránit vzniku mezních stavů během provádění i po celou dobu trvání konstrukce. Norma byla schválena a získala účinnost od do

19 7 SOFTWARE A NORMY PRO STANOVENÍ ZÁKLADOVÝCH KONSTRUKCÍ Posouzení pro I. MS: 1. GK: Posouzení únosnosti lze provést jen pomocí hodnot tabulkové výpočtové únosnosti R dt. 2. GK a 3. GK: Je nutný výpočet únosnosti z rovnice: R d = c d N c s c d c i c + γ 1 d N d s d d d i d + γ 2 b 2 N b s b d b i b R d svislá výpočtová únosnost [kpa] γ 1, γ 2 objemová tíha nad a pod základovou spárou [kn m 3 ] b efektivní šířka nebo průměr základu [m] N c, N d, N b součinitele únosnosti závisející na výpočtovém úhlu vnitřního tření d hloubka založení [m] c d výpočtová hodnota soudržnosti [kpa] s c, s d, s b součinitele vyjadřující tvar základu d c, d d, d b součinitele vyjadřující vliv hloubky založení i c, i d, i b součinitele vyjadřující vliv šikmosti zatížení Posouzení pro II. MS: 1. GK: Pro 1.GK se neposuzuje. 2. GK a 3. GK: Celkové sednutí se může spočítat podle následujících rovnic: s = σ ol b α (1 ν 2 ) m r E def s sednutí uvažovaného bodu [m] σ ol napětí v základové spáře od přitížení stavbou [kpa] d šířka základu [m] α součinitel závisející na tvaru a tuhosti základu [ ] m r opravné součinitele působení základové půdy ν Poissonovo číslo σ z,i h i m r E oed,i s = n i=1 σ z,i h i m r E oed,i svislá složka napětí od přitížení stavbou ve středu i-té vrstvy [kpa] mocnost i-té vrstvy základové půdy [m] součinitel působení základové půdy výpočtový oedometrický modul i-té vrstvy základové půdy [MPa] s = n i=1 σ z,i m i σ or,i E oed,i h i σ z,i m i σ or,i h i svislá složka napětí pod uvažovaným bodem od přitížení stavbou σ ol ve středu i-té vrstvy [kpa] opravný součinitel přitížení, který se pro i-tou vrstvu stanoví v závislosti na druhu základové půdy původní geostatické napětí ve středu i-té vrstvy [kpa] mocnost i-té vrstvy [m] 19

20 7 SOFTWARE A NORMY PRO STANOVENÍ ZÁKLADOVÝCH KONSTRUKCÍ 7.2 ČSN EN Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí Norma platí pro geotechnická hlediska navrhování pozemních a inženýrských staveb. Je zaměřena na požadavky pevnosti, stability, použitelnosti a trvanlivosti konstrukcí. Byla schválena a získala účinnost od a nahradila normu ČSN Únosnost plošného základu můžeme podle Eurokódu 7 spočítat v neodvodněných nebo odvodněných podmínkách. Odvodněné podmínky: c q R/A = c N c b c s c i c + q N q b q s q i q + 0, 5 γ B N γ b γ s γ i γ návrhová smyková pevnost základové půdy [kpa] návrhový efektivní tlak nadloží v úrovni základové spáry [kpa] γ návrhová efektivní objemová tíha zeminy pod úrovní základové spáry [kn m 3 ] B efektivní šířka základu [m] d hloubka založení [m] N c, N q, N γ součinitel únosnosti b c, b q, b γ součinitel sklonu základové spáry s c, s q, s γ součinitel tvaru základu i c, i q, i γ součinitel šikmosti zatížení A návrhová efektivní plocha základu [m 2 ] Neodvodněné podmínky: R/A = (π + 2) c u b c s c i c + q b c s c i c c u součinitel sklonu základové spáry součinitel tvaru základu součinitel šikmosti zatížení smyková pevnost základové půdy [kpa] q tlak nadloží nebo zatížení v úrovni základové spáry [kpa] A návrhová efektivní plocha základu [m 2 ] 7.3 Geotechnický software GEO 5.0 Geotechnický software GEO 5.0 je soubor programů určených pro řešení geotechnických výpočtů. Systém je složený ze samostatných programů, které mají stejné uživatelské rozhraní a vzájemně spolu komunikují. Každý program slouží k řešení určité geotechnické úlohy. Program Patky Návrh a posouzení plošných základů umožňuje navrhnout a posoudit plošné základy podle EN nebo klasickým způsobem podle mezních stavů, stupně bezpečnosti nebo normy ČSN Program provádí výpočet I. mezního stavu (únosnost základu), II. mezního stavu (sednutí a natočení základu) a dimenzování podélné a smykové výztuže. 20

21 8 Metodika práce Snahou bylo navrhnout vhodný plošný základ, který by bezpečně přenesl tíhu stavby do základové půdy. Aby byly základy navrženy spolehlivě a zabezpečily stabilitu stavby, bylo potřeba nejdříve zjistit vlastnosti základové půdy. Na podzim roku 2010 byl na uvedené lokalitě v Olomouci-Řepčíně proveden inženýrskogeologický průzkum, který měl základové poměry vyšetřit. Pro stavební objekt blok č. 1, který budou tvořit dvoupatrové rodinné domy, byly provedeny 3 průzkumné jádrové vrty, 3 statické penetrační sondy a 6 jádrových vpichů. Jejich realizace byla zajištěna firmou GeoVank, spol. s.r.o. Jádrové vrty a statické penetrace byly provedeny vrtnou soupravou URB 2,5A ve dnech 21. a Vyhodnocení statické penetrační zkoušky Výsledky zkoušek jsou prezentovány v křivkách základních parametrů q c a f s závislých na hloubce (příloha C.1). Na základě těchto penetračních křivek se provádí vyhodnocení zkoušky. Měrný penetrační odpor q c ukazuje, jak se mění penetrační odpory v závislosti na vlastnostech penetrovaného prostředí. Pro vyhodnocení zkoušky byla nejprve určena šířka intervalu, který bude charakterizován příslušnou hodnotou q c. Z grafu byla odečtena tloušt ka vrstvy, která se podle průběhu křivky jevila jako přibližně homogenní. Pro jednotlivé intervaly se vypočítala průměrná hodnota q c a následné vyhodnocení (příloha A.1) bylo provedeno na základě tabulkových pokladů. 8.1 Návrh základu podle I. skupiny mezních stavů únosnost Protože se jedná o 2. GK (v tomto případě složité základové poměry a nenáročná konstrukce) musí pro výpočet I. MS platit pravidlo, kdy je únosnost základové půdy větší nebo rovna výpočtovému extrémnímu kontaktnímu napětí: R d σ de Výpočet únosnosti základové půdy Pro 2. GK musí být únosnost základové půdy R d prokázána výpočtem. Pro výpočet únosnosti byly použity mechanické charakteristiky zemin, jejichž hodnoty byly získány z průkazných laboratorních analýz (tab. 2) vyhodnocením statických penetračních sond a orientačně podle směrných normových charakteristik zemin udávané normou ČSN (Poul, 2010). Únosnost byla spočítána pro normu ČSN Základová půda pod plošnými základy, která ztratila platnost a nově podle normy ČSN EN Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí - Část 1: Obecná pravidla. Protože se jedná o jemnozrnnou zeminu, která pod stavbou pomalu konsoliduje, byly pro výpočet zvoleny totální parametry pevnosti (Weiglová, 2007). Značka Jednotka Jíl s vysokou plasticitou Konzistence I c 1 tuhá/pevná Objemová tíha zeminy γ kn m 3 19,5 Modul přetvárnosti E def MPa 3,7 Oedometrický modul E oed MPa 10 Převodní součinitel β 1 0,37 Totální soudržnost c u kpa 60 Totální úhel vnitřního tření ϕ u 0 Tabulka 2: Mechanické vlastnosti jílovitých zemin použité ve výpočtech (Poul, 2010, upraveno). 21

22 8 METODIKA PRÁCE a) Výpočet únosnosti základové půdy podle normy ČSN : Dle normy ČSN EN byl výpočet svislé únosnosti základové půdy řešen podle Brinch- Hansena, který určuje únosnost základové půdy pro základ s vodorovnou základovou spárou vztahem: R d = c d N c s c d c i c + γ 1 d N d s d d d i d + γ 2 b 2 N b s b d b i b R d svislá výpočtová únosnost [kpa] γ 1, γ 2 objemová tíha nad a pod základovou spárou [kn m 3 ] b efektivní šířka nebo průměr základu [m] N c, N d, N b součinitele únosnosti závisející na výpočtovém úhlu vnitřního tření d hloubka založení [m] c d výpočtová hodnota soudržnosti [kpa] s c, s d, s b součinitele vyjadřující tvar základu d c, d d, d b součinitele vyjadřující vliv hloubky založení i c, i d, i b součinitele vyjadřující vliv šikmosti zatížení V rovnici se uvažují výpočtové parametry zeminy c d a ϕ d, které se stanoví vydělením normových hodnot součiniteli základové půdy γ m. Vzhledem k tomu, že totální úhel vnitřního tření ϕ u byl pro řešenou zeminu roven 0, výpočtový parametr ϕ d se také rovnal nule. Podle rovnice byl tedy určen pouze výpočtový parametr c d. Pro normovou soudržnost γ mc = 2 Platí c d = c γ mc Součinitelé únosnosti N c, N d, N b jsou dány rovnicemi nebo se stanovují z grafů (příloha C.2): N c = 2 + π pro ϕ d = 0 N d = tg 2 (45 + ϕ d 2 ) e πtgϕ d N b = 1, 5(N d 1) tgϕ d ϕ d výpočtový úhel vnitřního tření [ ] Součinitelé tvaru základu s c, s d, s b jsou dány rovnicemi: s c = 1 + 0, 2 bef l ef s d = 1 + b ef l ef sinϕ d s b = 1 0, 3 b ef l ef b ef, l ef roměry obdélníkového základu [m] Součinitelé hloubky založení d c, d d, d b jsou dány rovnicemi: d c = 1 + 0, 1 d b d d = 1 + 0, 1 d b sin2ϕ d d b = 1 b šířka nebo průměr základu [m] Součinitelé šikmosti zatížení i c, i d, i b jsou dány rovnicemi: i c = i d = i b = (1 tgδ) 2 δ úhel odklonu výslednice od svislice [ ] Ve výpočtu se úhel δ rovnal 0 a platilo i c = i d = i b = 1. 22

23 8 METODIKA PRÁCE b) Výpočet únosnosti základové půdy podle normy ČSN EN (Eurokód 7): Podle normy ČSN EN lze návrhovou únosnost určit výpočtem pro neodvodněné nebo odvodněné podmínky. V severní části staveniště vystupuje voda nad úrovně základových konstrukcí. Pro všechny výpočty bylo ale počítáno s tím, že základ bude posunut na jižní stranu, kde podzemní voda stavbu nijak neovlivňuje. Pro odvodněné podmínky je dán vztah: c q R/A = c N c b c s c i c + q N q b q s q i q + 0, 5 γ B N γ b γ s γ i γ návrhová smyková pevnost základové půdy [kpa] návrhový efektivní tlak nadloží v úrovni základové spáry [kpa] γ návrhová efektivní objemová tíha zeminy pod úrovní základové spáry [kn m 3 ] B efektivní šířka základu [m] d hloubka založení [m] N c, N q, N γ součinitel únosnosti b c, b q, b γ součinitel sklonu základové spáry s c, s q, s γ součinitel tvaru základu i c, i q, i γ součinitel šikmosti zatížení A návrhová efektivní plocha základu [m 2 ] Součinitelé únosnosti N q, N c, N γ jsou dány rovnicemi: N q = e πtgϕ tg 2 (45 + ϕ 2 ) N c = (N q 1) cotgϕ N γ = 2 (N q 1) tgϕ Součinitelé sklonu základové spáry b q, b c, b γ jsou dány rovnicemi: b c = b q 1 bq N c tgϕ b q = b γ = (1 α tgϕ ) α sklon základové spáry [ ] Součinitelé tvaru základu s q, s c, s γ pro obdélníkový tvar jsou dány rovnicemi: s q = 1 + ( B L ) sinϕ s c = 1 0, 3( B L ) s γ = sq Nq 1 N q 1 B efektivní šířka základu [m] L efektivní délka základu [m] Podle normy ČSN EN se musí ověřit, že mezní stav porušení nebo nadměrné deformace (GEO) nenastane při žádné následující kombinaci souborů dílčích součinitelů. Způsob použití součinitelů určují tři návrhové přístupy: NP1 Kombinace 1: A1 + M1 + R1 Kombinace 2: A2 + M2 + R1 NP2 Kombinace: A1 + M1 + R2 NP3 Kombinace: (A1 nebo A2) + M2 + R3, kde + znamená: bude kombinováno s 23

24 8 METODIKA PRÁCE Ve výpočtech pro ověření návrhových přístupů byly pro jednotlivé hodnoty použity dílčí součinitele podle tabulek (přílohy A.2, A.3, A.4) Výpočet zatížení působících na základovou půdu Dále bylo potřeba navrhnout dům, který se na tomto místě bude nacházet. Podle územních plánů jsou v oblasti plánované dvoupatrové rodinné domy půdorysných rozměrů přibližně 12 x 6 m. Vzhledem k tomu, že se jedná o stavbu staticky nenáročnou, byly jako druh založení zvoleny základové pásy. Pro návrh domu byl použit program prodesktop 1, v němž byl navržen dům i se základovými pásy (obr. 6). Dům je složen z několika komponent, některé z nich jsou uvedeny na schématech v příloze D. Program sám vypočítal objem jednotlivých částí, které jsou taktéž uvedeny na schématech. Pro výpočet celkového zatížení, které působí na základovou půdu, bylo třeba spočítat zatížení stálá a nahodilá a vytvořit jejich kombinaci. Obrázek 6: Návrh domu v programu prodesktop s popisy jednotlivých komponent domu. a) Výpočet charakteristické hodnoty stálého zatížení G dle ČSN EN : Pro výpočet charakteristické hodnoty celkového stálého zatížení, které působí po celou dobu trvání konstrukce, byla stanovena tíha jednotlivých prvků (základové pásy, zdi, stropy, schody, střecha a střešní štít) na základě jejich rozměrů (příloha D) a objemové nebo plošné tíhy příslušných materiálů, které jsou dány normou. Byly použity následující objemové a plošné tíhy: Objemové tíhy pro: Beton obyčejný 24 kn m 3 Zdivo cihelné z cihel děrovaných 12 kn m 3 Plošná tíha pro: Střešní krytiny tašková krytina jednoduchá 0,55 kn m 2 Součtem jednotlivých výsledků byla vypočítána výsledná hodnota stálého zatížení G. 1 Program je primárně určen pro strojní inženýrství, proto používá mírně odlišné kótování od pozemního stavitelství. 24

25 8 METODIKA PRÁCE b) Výpočet charakteristické hodnoty nahodilých zatížení Q dle ČSN EN : Mezi nahodilá zatížení, která nepůsobí po celou dobu trvání konstrukce, se řadí zatížení užitné a zatížení sněhem. Pro výpočet užitného zatížení, které vzniká v důsledku užívání stavby, byla nejdříve určena příslušná užitná kategorie. Na základě normy byla pro tuto stavbu určena kategorie A, do které patří obytné plochy a plochy pro domácí činnosti (příloha A.5). Zatěžované plochy zatříděné podle tabulky v příloze A.5 se musí navrhnout na základě charakteristických hodnot q k (rovnoměrné zatížení) a Q k (soustředěné zatížení). Hodnoty jdou uvedeny v příloze A6. Pro stanovení obecných účinků bylo použito pro stropní konstrukce rovnoměrné zatížení q k. Součástí nahodilých zatížení je také tlak působený sněhem. Tlak, kterým působí sníh na střechu, byl spočten dle normy ČSN EN , kde je zatížení sněhem na střeše pro trvalé/dočasné návrhové situace vyjádřeno vztahem: s = µ i C e C t s k s zatížení sněhem na střeše [kn m 2 ] s k charakteristická hodnota zatížení sněhem na zemi v místě staveniště [kn m 2 ] µ i tvarový součinitel zatížení sněhem C e součinitel expozice tepelný součinitel C t Hodnoty, které byly dosazeny do vztahu pro výpočet zatížení sněhem, jsou uvedeny v normě ČSN EN Charakteristická hodnota zatížení sněhem na zemi s k je stanovena ČHMÚ pro jednotlivé oblasti České republiky (příloha B.1). Olomouc spadá do zóny I. s charakteristickou hodnotou s k = 0,75 [kn m 2 ]. Tvarový součinitel zatížení sněhem µ i, který je ovlivněn tvarem střechy a sklouzáváním sněhu ze střechy byl pro dům se sedlovou střechou u kterého je zabráněné sklouzávání sněhu ze střechy roven hodnotě 0,8. Tepelný součinitel C t = 1 pro všechny případy, kdy se nebere v úvahu snížení zatížení sněhem na střeše, která má vysokou tepelnou propustnost. Hodnota součinitele expozice C e se určuje podle normy pro různé typy krajiny. Pro budoucí staveniště bylo počítáno s hodnotou pro normální typ krajiny (příloha A.7). Celková hodnota charakteristického zatížení je dána součtem zatížení stálých a nahodilých. Pro návrh základu bylo ale potřeba zjistit hodnotu extrémního výpočtového zatížení, které odpovídá stálým, občasným a dlouhodobým a krátkodobým zatížením. Extrémní výpočtové zatížení V de je dáno rovnicí, ve které se jednotlivé hodnoty zatížení (stálé, nahodilé, sníh) násobí dílčími součiniteli nepříznivých zatížení ze souboru A1 (příloha A.2) podle ČSN EN Rovnice pro kombinaci zatížení: V de = G γ G + Q γ Q + s γ s Pro výpočet účinků od zatížení stavbou pro posouzení podle I. MS se předpokládá, že kontaktní napětí v základové spáře je rozděleno rovnoměrně na ploše základu A ef a platí tedy: σ de V de σ de = V de A ef extrémní výpočtové kontaktní napětí [kpa] extrémní výpočtové zatížení [kn] A ef efektivní plocha základu [m 2 ] Na závěr bylo posouzeno, zda platí podmínka R d σ de. 25

26 8 METODIKA PRÁCE 8.2 Návrh základu podle II. skupiny mezních stavů použitelnost Pro výpočet celkového konečného sednutí základové půdy existuje několik rovnic. V tomto případě bylo sedání řešeno podle výpočtu s uvažováním strukturní pevnosti podle normy ČSN Sedání vypočtené podle tohoto vztahu se nejvíce blíží skutečnému, naměřenému geodeticky. s = n i=1 σ z,i m i σ or,i E oed,i h i s σ z,i m i σ or,i h i E oed,i sednutí uvažovaného bodu [m] svislá složka napětí pod uvažovaným bodem od přitížení stavbou σ ol ve středu i-té vrstvy [kpa] opravný součinitel přitížení, který se pro i-tou vrstvu stanoví v závislosti na druhu základové půdy podle přílohy A.9, m i = 0, 2 původní geostatické napětí ve středu i-té vrstvy [kpa] mocnost i-té vrstvy [m] výpočtový oedometrický modul i-té vrstvy základové půdy [MPa] K získání parametrů, potřebných pro dosazení do vztahu pro výpočet celkového sednutí, bylo nutné postupně provést následující výpočty: Provozní zatížení V ds = V de γ f V ds V de γ f provozní výpočtové zatížení [kn] extrémní výpočtové zatížení [kn] součinitel, jímž lze vydělit extrémní výpočtové zatížení, pokud se při výpočtu vychází z provozního výpočtového zatížení, γ f = 1, 2 Oedometrický modul E oed = E def β E oed E def β oedometrický modul [MPa] modul přetvárnosti [MPa] převodní součinitel Napětí v základové spáře od základu σ ds = V ds b l σ ds V ds b l provozní výpočtové kontaktní napětí [kpa] provozní výpočtové zatížení [kn] šířka základu [m] délka základu [m] 26

27 8 METODIKA PRÁCE Přitížení v základové spáře σ ol = σ ds γ d σ ol σ ds napětí v základové spáře od přitížení stavbou [kpa] provozní výpočtové kontaktní napětí [kpa] γ objemová tíha zeminy [kn m 3 ] d hloubka založení [m] Geostatické svislé napětí σ z,i = σ ol I 2 σ z,i σ ol I 2 geostatické svislé napětí ve středu i-té vrstvy [kpa] napětí v základové spáře od přitížení stavbou [kpa] redukční součinitel pro tuhý obdélníkový základ, který je funkcí hloubky z uvažovaného bodu, šířky b a délky l základu, určuje se z grafu (příloha C.3) na základě poměru z i b (stanovuje se pro každou vrstvu) a b l Pro odečtení hodnot z grafu byla vytvořena tabulka (příloha A.8), ve které je uvedeno rozdělení na jednotlivé vrstvy, hloubky uvažovaných bodů, poměr z i b. Původné geostatické napětí σ or,i = γ i (z i + d) σ or,i původní geostatické napětí ve středu i-té vrstvy [kpa] γ i objemová tíha zeminy ve středu i-té vrsty [kn m 3 ] z i hloubka uvažovaného bodu ve středu i-té vrstvy od základové spáry [m] d hloubka založení [m] 27

28 9 Výsledky V práci bylo počítáno se stavbou založenou na základových pásech. Byla zvolena hloubka založení 1,20 m pod upraveným terénem a šířka pásu 0,70 m. Nejdříve byly vyhodnoceny penetrační zkoušky (příklad vyhodnocení v příloze A.1). K dispozi byly i přesnější výsledky získané kombinací průkazných laboratorních analýz a vyhodnocením penetračních sond, které byly pro výpočet nakonec použity. Extrémní svislá výpočtová tíha včetně základové konstrukce, kterou působí stavba na podloží, byla spočtena na 4249,07 kn. Přepočtem na plochu základu byla zjištěna hodnota extrémního napětí 54,83 kpa. Další počítanou hodnotou byla provozní svislá výpočtová tíha, jejíž výsledná hodnota byla 3540,89 kn a hodnota provozního výpočtového kontaktního napětí 45,68 kpa. V severní části staveniště byl zjištěn výskyt podzemní vody téměř v úrovni terénu (příloha B.2). Únosnost půdy byla proto počítána nejdříve ručně podle normy ČSN pro jižní část staveniště, kde je podzemní voda v dostatečné hloubce na to, aby její účinky jakkoli ovlivnily stavbu. Pro výpočet byla vybrána konkrétní parcela, jejíž podloží je tvořeno zeminami charakteru jílů (jíl prachovitý, jíl písčitý, písek jílovitý) a bylo počítáno s průměrnými hodnotami mechanických charakteristik těchto zemin (tab. 2). Podle I. MS vyšla únosnost půdy 200,81 kpa (příloha B.3). Podle II. MS byl výsledek sedání základu 1,88 mm. Posouzení podle mezních stavů bylo zadáno i do softwaru GEO 5.0. Podle norem ČSN a ČSN EN program vyhodnotil vstupní parametry, posoudil svislou únosnost a spočítal celkové sednutí základu. Programem bylo postupně ověřeno několik možných kombinací podloží, které byly stanoveny na základě jádrových vrtů. Pro jednotlivé zeminy byly použity směrné normové charakteristiky uvedené v tabulkách příloze A.10 a A.11. Výsledky jsou zobrazeny v tab. 3. Hodnoty jsou uvedeny pro založení 1,2m, v závorkách pro 1,6m, jež je doporučováno normou pro jemnozrnné zeminy. Podloží A Podloží B Podloží C Podloží D I. mezní stav II. mezní stav Norma Únosnost R d [kpa] % Sedání s [mm] ČSN ,82 (403,30) 35,5 (31,5) 2,4 (2,2) ČSN EN ,34 (368,79) 39,4 (34,5) 2,5 (2,2) ČSN ,24 (382,75) 41,8 (33,2) 2,4 (2,2) ČSN EN ,26 (349,46) 49,8 (36,4) 2,5 (2,2) ČSN ,04 (332,89) 41,6 (38,2) 2,4 (3,1) ČSN EN ,90 (300,96) 45,2 (42,4) 2,4 (3,1) ČSN ,56 (333,77) 38,8 (38,1) 3,0 (3,1) ČSN EN ,62 (301,75) 42,2 (42,1) 3,0 (3,1) Podloží A: 0 1,80 m jíl písčitý, 1,80 4,50 m písek jílovitý, 4,50-6,0 m jíl, HPV: 2,5m Podloží B: 0 1,80 m jíl prachovitý, 1,80 4,50 m písek jílovitý, 4,50-6,0 m jíl, HPV: 2,5m Podloží C: 0 1,50 m jíl prachovitý, 1,50 1,60 m písek, 1,60 4,50 m jíl písčitý, HPV: 6,25m Podloží D: 0 6,05 m jíl písčitý, 6,05 6,20 m písek, HPV: 2,85m Procenta udávají podíl únosnosti, který využívá stavba. Tabulka 3: Výsledné hodnoty výpočtu únosnosti a sedání spočítané programem GEO

29 10 Diskuse V rámci práce bylo k dosažení výsledků použito několik rozdílných výpočtových postupů. Výpočty byly provedeny ručně, podle neplatné normy ČSN a podle nové normy ČSN EN a následně v programu GEO 5.0 opět pro obě normy. Cílem bylo různými metodami ověřit, zda konstrukce splňuje podmínky prvního a druhého mezního stavu. První mezní stav je dle normy ČSN dán podmínkou R d σ de. Výsledná hodnota únosnosti základové půdy byla porovnána s extrémní svislou tíhou, kterou působí konstrukce. Tato podmínka byla splněna jak ručním výpočtem, tak posouzením v programu. Mezi oběma hodnotami vycházely ve všech případech ještě poměrně velké rezervy. Z toho vyplývá, že na daném místě by bylo možné postavit i náročnější stavbu, aniž by únosnost půdy byla překročena. Pro posouzení na druhý mezní stav podle ČSN bylo spočteno sedání, jehož hodnota dosahuje u ručního výpočtu necelých 2 mm a výpočtem v programu se pohybuje v rozmezí 2,2-3,1mm v závislosti na podloží a hloubce založení (tab 3). Limitní hodnoty sednutí jsou dány normou a jejich rozmezí se pohybuje v závislosti na druhu konstrukce od 50 mm až do 200 mm. U zděných budov se připouští rovnoměrné sedání až do hodnoty 50 mm. Pro druhý mezní stav byla tedy podmínka také splněna s velkou rezervou. Dalším krokem bylo ověřit návrhové přístupy, které udává norma ČSN EN Aby konstrukce splňovala podmínky, nesmí mezní stav nastat při žádné kombinaci souborů dílčích součinitelů. Byla spočtena tíha konstrukce ovlivněná soubory A1 a A2 (příloha A.2), parametry zeminy ovlivněné hodnotami dílčích součinitelů M1 a M1 (příloha. A.3) a únosnost, kterou ovlivňují součinitelé ze souboru R1, R2 a R3 (příloha A.4). Hodnoty byly zkombinovány a pro všechny návrhové přístupy vyhovují. Posouzením prvního mezního stavu pomocí softwaru GEO 5.0 bylo zjištěno, že výsledné hodnoty únosnosti podloží podle neplatné normy ČSN vycházejí vždy větší než podle nové normy ČSN EN Z tohoto faktu vyvozujeme, že nová norma je přísnější, a tím pádem i bezpečnější, než norma stará. Nejnižších výsledků dosahujeme při ručním výpočtu. Zkreslení výsledků výpočtu únosnosti mohlo být způsobeno použitím průměrných hodnot. Pro posouzení na druhý mezní stav je výsledné sedání konstrukce pro obě porovnávané normy téměř ve všech případech totožné. Ručním výpočtem bylo dosaženo nižšího výsledku, ale rozdíl mezi výsledky získanými výpočtem programu a ručním výpočtem není příliš velký. Na rozdíl mezi výsledky má zřejmě vliv nemožnost přesného vyčtení dat z grafu. Avšak díky velkým rezervám mezi limitními a jednotlivými výslednými hodnotami sedání nepředstavují tyto nepřesnosti zásadní problém. Kromě podloží a uvedených norem ovlivňuje výsledky výpočtů i druh a rozměry základů a typ stavby. Jak bylo zmíněno, jako druh založení byly zvoleny základové pásy, na nichž bude stát dvoupatrový rodinný dům. Základové pásy mají klasickou šířku přesahující na obě strany nosnou zed o cm. Pro dané podloží byla hloubka založení stavby určena na hodnotu mezi 1,2 1,6 m. Výpočty bylo zjištěno, že oba mezní stavy jsou splněny pro obě normy i pro základy mnohem menší. Z ekonomického hlediska by tedy bylo výhodnější provést založení v menší hloubce. Jako minimum pro založení je uvedeno 1,2 m. Proto byla tato hodnota pro daný případ zvolena jako konečné, nejekonomičtější řešení. 29

30 11 Závěr Předložená bakalářská práce se zabývá návrhem plošného základu rodinného domu v lokalitě Olomouc-Řepčín. Jedná se o lokalitu, která byla plánovaná pro budoucí výstavbu dvoupatrových rodinných domů a sedmipatrového bytového domu. Na podzim roku 2010 zde byl proveden inženýrsko-geologický průzkum za účelem zhodnocení vlastností základové půdy a vyšetření podmínek pro založení. Cílem bakalářské práce bylo na základě výsledků průzkumu navrhnout a výpočty ověřit podmínky prvního a druhého mezního stavu pro danou stavbu. Důležité bylo vypočítat hodnoty únosnosti základové půdy a celkové sednutí základu a porovnat výsledné hodnoty podle neplatné normy ČSN a nově zavedené ČSN EN V předložené práci: Byly vyhodnoceny penetrační zkoušky. Byl navržen konkrétní rodinný dům a byl vypočten jeho objem a tíha, kterou působí na zeminu. Bylo ručně spočteno sedání stavby a únosnost podle obou norem. V programu GEO 5.0 byly provedeny výpočty pro oba mezní stavy podle obou norem. Bylo počítáno s více typy podloží i s různou hloubkou založení a hladinou podzemní vody. Na závěr byly jednotlivé metody výpočtu a výsledky porovnány. Podle všech provedených výpočtových postupů podloží splňuje požadavky na únosnost stavby. Pro plánované dvoupatrové rodinné domy požadovanou únosnost navíc vysoce přesahuje. Celkové sednutí základu také zdaleka nedosahuje limitních hodnot. Posuzované stavební území je tedy vhodné pro založení stavby. Předložená práce může sloužit jako podklad pro navazující práci. Všechny výpočty návrhů i vlastnosti zemin jsou uvedeny. Jednou z možností dalšího zpracování je například návrh a výpočet náročnějších staveb nebo staveb s jiným typem základů. 30

31 12 Použitá literatura BAŽANT, Z. (1981): Zakládání staveb. Státní nakladatelství technické literatury. Praha. 363s. CENIA (2010): Geoportal [online]. URL: F4588A7D4F148C6923CF8F3304A5E46. (Adresa platná k ) CZUDEK, T. (1972): Geomorfologické členění ČSR. Geografický ústav ČSAV. Brno. 137s. ČGS (2000): Česká geologická služba: Mapová aplikace, verze 1.1 [online]. URL: geology.cz/app/ciselniky/lokalizace/show map.php?mapa=g50&y=548200&x= &s=1. (Adresa platná k ) ČSN (1987): Zakládání staveb. Základové půda pod plošnými základy. Vydavatelství Úřadu pro normalizaci a měření. Praha. 76s. ČSN EN (2004): Eurokód 1: Zatížení konstrukcí Část 1-1: Obecná zatížení Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb. Český normalizační institut. Praha. 44s. ČSN EN (2005): Eurokód 1: Zatížení konstrukcí Část 1-3: Obecná zatížení Zatížení sněhem. Český normalizační institut. Praha. 52s. ČSN EN (2006): Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí pravidla. Český normalizační institut. Praha. 138s. Část 1: Obecná DEMEK, J., BALATKA, B., CZUDEK, T., LÁZNIČKA, Z., LINHART, J., LOUČKOVÁ, J., PANOŠ, V., RAUŠER, J., SEICHTEROVÁ, H., SLÁDEK, J., STEHLÍK, O., ŠTELCL, O., VLČEK, V. (1965): Geomorfologie českých zemí. Nakladatelství československé akademie věd. Praha. 335s. HUNT, R. E. (2005): Geotechnical Engineering Investigation Handbook, Second Edition. Taylor & Francis Group. 1066s. CHLUPÁČ, I., BRZOBOHATÝ R., KOVANDA J., STRÁNÍK Z. (2002): Geologická minulost České republiky. Academia. Praha. 436s. MACEKOVÁ, V., VLČEK, M. (2004): Zakládání staveb. ERA. Brno. 122s. MASOPUST, J., GLISNÍKOVÁ V. (2006): Zakládání staveb. VUT v Brně, FAST. 184s. MATYS, M., ŤAVODA, O., CUNINKA, M. (1990): Pol né skúšky zemín. ALFA. Bratislava. 303s. MÍSAŘ, Z., DUDEK, A., HAVLENA, V., WEISS, J. (1983): Geologie ČSSR I, Český masív. Státní pedagogické nakladatelství. Praha. 333s. POUL, I. (2010): Inženýrskogeologický průzkum pro stavbu developerského projektu Sladké město, Olomouc, parc. č. 849/9 k.ú. Řepčín. MS, závěrečná zpráva, Geofond, 14s. Praha. PŘICHYSTAL, A. GNOJEK, I., BEDNAŘÍKOVÁ, S. (2002): Výsledky gama-spektrometrického studia krystalinika Hornomoravského úvalu. Geologické výzkumy na Moravě a ve Slezsku v roce Brno, vol. IX, no. 1, 75-78s. 31

32 12 POUŽITÁ LITERATURA REESE, L. C., ISENHOWER, W. M., WANG, S-T. (2006): Analysis and Design of Shallow and Deep Foundations. John Wiley & Sons, Inc. New Jersey. 574s. TURČEK, P., BARTÁK, J., HULLA, J., MASOPUST, J., ROZSYPAL, A., VANÍČEK, I. (2005): Zakládání staveb. JAGA. Bratislava. 314s. WEIGLOVÁ, K. (2007): Mechanika zemin. Akademické nakladatelství. Brno. 186s. ZAPLETAL, J. (2005): Poznámky ke geologickému vývoji severozápadní částí Hornomoravského úvalu. Geologické výzkumy na Moravě a ve Slezsku v roce Brno, vol. XII, no. 1, 69-71s. 32

33 A Tabulky Sonda/hloubka I c c u (kpa) E p (MPa) F s (kpa) SP2 0,0 1,2 0, ,9 41 1,2 2,4 0, ,3 51 2,4 3,4 1, ,2 58 3,4 3,9 1, ,9 6,3 1, ,1 60 I c index konzistence, c u totální soudržnost, E p penetrační modul deformace (E p = Eoed ), F s lokální adheze Tabulka 1: Vyhodnocení penetrační zkoušky Tabulka 2: Dílčí součinitelé zatížení γ F nebo účinků zatížení γ E. Zdroj: norma ČSN EN Tabulka 3: Dílčí součinitelé parametrů zeminy γ M. Zdroj: norma ČSN EN

34 A TABULKY Tabulka 4: Dílčí součinitelé únosnosti γ R plošných základů. Zdroj: norma ČSN EN Tabulka 5: Užitné kategorie. Zdroj: norma ČSN EN

35 A TABULKY Tabulka 6: Užitná zatížení stropních konstrukcí, balkonů a schodišt pozemních staveb. Zdroj: norma ČSN EN Tabulka 7: Doporučené hodnoty součinitele C e pro různé typy krajin. Zdroj: norma ČSN EN

36 A TABULKY Tabulka 8: Výpočty a hodnoty odečtené z grafu. Tabulka 9: Hodnoty opravného součinitele přitížení m. Zdroj: norma ČSN

37 A TABULKY Tabulka 10: Směrné normové charakteristiky jemnozrnných zemin. Zdroj: norma ČSN

38 A TABULKY Tabulka 11: Směrné normové charakteristiky písčitých zemin. Zdroj: norma ČSN

39 B Obrázky Obrázek 1: Česká republika: Zatížení sněhem na zemi. Zdroj: norma ČSN EN HPVu - hladina podzemní vody ustálená, J - jíl Obrázek 2: Inženýrsko-geologický řez území. 39

40 Obrázek 3: Ukázka ručního výpočtu únosnosti podle normy ČSN

41 C Grafy Graf 1: Křivka statické penetrace. Zdroj: ZlínGEO,

42 C GRAFY Graf 2: Grafy pro určení součinitelů únosnosti. Zdroj: norma ČSN

43 C GRAFY Graf 3: Napětí pod charakteristickým bodem. Zdroj: norma ČSN

44 D Schémata 44

45

46

47