POZEMNÍ STAVITELSTVÍ II (S) ZAKLÁDÁNÍ STAVEB, HYDROIZOLACE SPODNÍ STAVBY

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ POZEMNÍ STAVITELSTVÍ II (S) ZAKLÁDÁNÍ STAVEB, HYDROIZOLACE SPODNÍ STAVBY MODUL 02 VĚRA MACEKOVÁ STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

2 Pozemní stavitelství II (S) M02 Ing. Věra Maceková, CSc., Brno, 2006

3 Obsah OBSAH 1 Úvod Cíle Požadované znalosti Doba potřebná ke studiu Klíčová slova Zakládání staveb Příprava pozemku pro stavbu Technická dokumentace území Technická dokumentace pro stavbu Vytyčení stavebních čar a výškové úrovně Vytyčení půdorysu stavby na staveništi Co máme vědět o staveništi Průzkum staveniště Předběžný průzkum Podrobný průzkum Průzkum během stavění (provozní průzkum) Průzkum během existence stavby Výsledky průzkumu staveniště Výběr staveniště Staveniště vhodná, Staveniště dobře použitelná, Staveniště podmíněně použitelná, Staveniště málo vhodná, Nevhodná staveniště, Stabilita území Sesuvné území Území náchylá k sesouvání Území průměrně stabilní Území stabilní Zemní práce Přípravné práce Hlavní zemní práce Násypy Zásypy Výkopy Zajištění stěn výkopu Svahovaný výkop (obr část b) Roubení stěn výkopů Podzemní stěny Odvodnění stavební jámy Dokončovací zemní práce (123) -

4 Obsah 2.3 Základová půda Průzkum základové půdy Vlastnosti základové půdy Druhy základových půd Horniny skalního podkladu Sypké nesoudržné horniny Horniny soudržné Organické neúnosné základové půdy Složitost základových poměrů Jednoduché základové poměry Složité základové poměry Nenáročné konstrukce, Náročné konstrukce Zatížení a základová půda Druhy zatížení Stálé zatížení Nahodilá zatížení Nahodilá zatížení dlouhodobá Nahodilá zatížení krátkodobá Nahodilá zatížení mimořádná Napětí v základové půdě Napětí od vnějšího zatížení Napětí v základové půdě od vlastní tíhy zeminy, Kontaktní napětí z základové spáře Sedání a konsolidace Únosnost základové půdy Tabulková výpočtová únosnost Výpočtová únosnost Zlepšování základové půdy Zakládání na štěrkopískových polštářích Zhutňování, odvodňování, zledňování Přidávání přísad do základové půdy (injektáž) Ochrana základových konstrukcí proti proudění vody, kolísání hladiny podzemní vody (h.p.v.) a ochrana proti účinkům podzemní vody Promrzání základové půdy Objemové změny základové půdy Navrhování základových konstrukcí Základy plošné (horizontální) Základové patky Základové pásy Základové rošty Základové desky Prostorové základové konstrukce (123) -

5 Obsah Hloubka založení plošných základů Založení příček Základy hlubinné (vertikální) Zakládání na pilotách Mikropiloty Velkoprůměrové piloty (dříve šachtové pilíře) Studňové zakládání Jak zakládat budovy Jak založit nepodsklepenou budovu Jak založit zcela podsklepenou budovu Jak založit budovu částečně podsklepenou Zakládání řadových domů Zakládání doplňujících částí staveb Založení předloženého a terénního schodiště Založení osvětlovacích a větracích šachet Hydroizolace spodní stavby Ochrana staveb proti vlhkosti Hydrofyzikální zatížení staveb Hydroizolační principy Druhy izolací Bezpovlakové izolace Průzkum staveniště Asfaltové izolační pásy Fóliové hydroizolace (polymerní fólie) Dodatečné vkládání izolací Přírodní izolační systémy Vlastnosti materiálu Výhody materiálu Nevýhody materiálu Druhy bentonitových hydroizolací Provádění a navrhování izolací Hydroizolace budovy nepodsklepené Hydroizolace budovy podsklepené Konstrukční úpravy a spoje izolací Podkladní vrstva pro hydroizolace Ochranné vrstvy hydroizolací Spoje izolací Korozní odolnost Studijní prameny Seznam použité literatury Seznam doplňkové studijní literatury Závěr (123) -

6 Pozemní stavitelství II (S) - M02 1 Úvod 1.1 Cíle Cílem předmětu je seznamování se a získávání dalších informací a základního názvosloví z předmětu Pozemní stavitelstvími II. Snahou předmětu je objasnit základní účelovou, funkční a konstrukční strukturu staveb a stavebních částí. 1.2 Požadované znalosti Znalosti teoretické i praktické- zakreslování stavebních výkresů, výpočty. předmětů z 1. ročníku: BH02 Nauka o pozemních stavbách BD01 Základy stavební mechaniky BI01 Stavební látky předmětů z 2. ročníku: BH55 Pozemní stavitelství I, BD02 Pružnost a pevnost BI02 Zkušebnictví a technologie BF02 Mechanika zemin BF51 Zakládání staveb 1.3 Doba potřebná ke studiu Časový limit nelze nestavit pro každého studenta stejně. Doba vyplývá z pochopení učiva na konzultacích a doplnění samostudiem z literatury. 1.4 Klíčová slova Vytyčení stavby, průzkum, sondy, polní a zatěžovací zkoušky, geofyzikální měření, staveniště, stabilní území, stabilita svahů, zemní práce, násypy, zásypy, výkopy, svahovaný výkop, zajišťování stěn výkopu, roubení, pažení, rozepření, roubení příložné, roubení s pažením do zápor, podzemí stěny, štětové stěny, pilotové stěny, odvodnění základové půdy, horniny vyvřelé, horniny soudržné, organické základové půdy, zatížení stálé, zatížení nahodilé, napětí, sedání, konsolidace, únosnost, výpočtová únosnost, zlepšování základové půdy, štěrkopískové polštáře, zhutňování, armování zeminy, geotextílie, promrzání základové půdy, objemové změny v základové půdě, základy plošné, - 7 (123) -

7 Pozemní stavitelství II (S) M02 základová spára, základové patky, základové pásy, základové desky, základové rošty, prostorové základy, základy hlubinné, piloty, piloty osamělé, piloty skupinové, piloty vetknuté, piloty opřené, piloty plovoucí, předrážené piloty, velkoprůměrové piloty, výpažnicové piloty, mikropiloty, studně, hydroizolace, hydroizolační principy, bezpovlakové izolace, povlakové izolace, fóliové izolace, přírodní izolační systémy, bentonity, hydroizolační membrána, drenážní systém. - 8 (123) -

8 Zakládání staveb 2 Zakládání staveb 2.1 Příprava pozemku pro stavbu Technická dokumentace území Předtím, než začneme stavět je dobré se dovědět něco o místě stavby. Je nutné se přesně seznámit s lokalitou, znát její urbanistické začlenění a architektonické podmínky využití území. Tyto informace zjistíme z územně plánovacích (regulačních) podkladů z územního generelu, který obsahuje územní plán, urbanistickou studii. Potřebné dokumenty jsou potom k nahlédnutí na stavebních úřadech. Územní plán stanovuje některé omezení pro stavbu, jako např.: limity využití území (např. u zóny určené k bydlení - kolik osob na m 2, spotřebu vody, možnost připojení do kanalizační sítě, nutnost čističky, průjezdnost komunikací,..), reguluje funkční a prostorové uspořádání území (rodinné domy, bytové domy, výšky objektů, podlažnost, tvary střech,...), vymezuje chráněná území, chráněné objekty, oblasti klidu a ochranná pásma, zabezpečuje ochranu všech chráněných území, objektů, řeší umístění staveb, stanoví územně technické, urbanistické a architektonické zásady pro jejich projektové řešení a realizaci, navrhuje využití všech zdrojů, vytváří podklady pro tvorbu koncepcí výstavby a technického vybavení území, navrhuje pořadí výstavby a optimální uspořádání a využití území. Územně plánovací dokumentace řeší ekologickou stabilitu území a vychází ze zákona č.114/1992 Sb., O ochraně přírody a krajiny a vyhláška č.395/1992 Sb. (Od je v platnosti nový stavební zákon: 183/2006 Sb. Zákon ze dne o územním a stavebním řádu) Technická dokumentace pro stavbu Před začátkem stavby je nutno vypracovat stavebně technickou dokumentaci, kterou zpracuje: architekt (architektonický návrh tvaru a využití objektu včetně pozemku, zatravnění, vegetace, oplocení, atd). Projektant stavař zpracuje celkový projekt stavby, navrhne konstrukční řešení a použité stavební materiály, - 9 (123) -

9 Pozemní stavitelství II (S) M02 projektant statik zpracuje a provede stavební výpočty, posoudí statiku budovy, projektant specialista provádí výpočty a výkresy specializací - voda, kanalizace, vytápění, vzduchotechnika, elektro, plyn Vytyčení stavebních čar a výškové úrovně Dříve, než se začne s novostavbou, vytyčí osoba oprávněná k zeměměřičským pracím (zeměměřičský inženýr nebo absolvent zeměměřičského směru střední školy) přesně podle vytyčovacích výkresů v souladu s územním rozhodnutím a stavebním povolením na staveništi stavební čáru a nejméně jeden pevný bod pro výškovou úroveň stavby. Vytyčení se provádí dle Zákona 50/1976 Sb. o územním a stavebním řádu stavební zákon ), oddíl 6 Vytyčování staveb, 75. (Od je v platnosti nový stavební zákon: 183/2006 Sb. Zákon ze dne o územním a stavebním řádu- díl 4 Územní rozhodnutí.) Stavební čára je čára, v níž leží líc uličního průčelí ve výšce přízemí. Hraničí-li stavba s uličním pozemkem, čára uliční a stavební splývá ( např. řadová zástavba ). Je-li před domem předzahrádka, leží okraj-oplocení v čáře uliční a průčelí domu v čáře stavební Vytyčení půdorysu stavby na staveništi Před zahájením činnosti na staveništi stavebník musí zajistit vytyčení stavby. Přesná prostorová plocha stavebního objektu se vyznačí vytyčovacími značkami (kolíky, lavičkami), pomocí bodů, os a výškové úrovně viz obr. 2.1 a obr Podkladem pro vytyčení stavby je situační (vytyčovací) výkres, který je součástí projektové dokumentace stavby. Výškové měření je vhodné napojit na státní nivelační síť. Na terén se vytyčuje půdorys přízemí tak, že rohové body se označí dřevěnými kolíky mm dlouhými, v průměru asi 80 mm, zaraženými do země. Na hlavách kolíků se body přesně vyznačí přibitými drátěnkami. Kolmice se sestrojují pomocí šňůry. Pravoúhlé půdorysy se kontrolují úhlopříčkami. Dříve než se kolíky při provádění výkopů odstraní, musí se vytyčené body, na nich vyznačené, zajistit lavičkami. V rozích se staví lavičky rohové, proti - 10 (123) -

10 Zakládání staveb zdem vnitřním nosným (středním, schodišťovým) lavičky jednoduché. Lavičky se umísťují 1 až 2 m od obrysu výkopu, aby nemohly být při provádění výkopu strženy. Sbíjejí se z kolíků zaražených do země a vodorovného prkna 150/25 mm, přibitého na kolíky tak, aby horní hrana byla ve výšce mm nad terénem. Na lavičkách se provedou zajišťovací značky pomocí zářezů nebo hřebíků a napnutím drátu mezi značkami se pak přenášejí vytyčené body do úrovně výkopu. Na lavičkách se vynese obrys a tloušťka zdiva suterénního i přízemního. Rozsáhlejší plocha staveniště se vytyčuje ve čtvercové síti o stranách 20 až 50 m. Obr. 2.1: Půdorysné vytyčení výkopů a základů Obr. 2.2: Vytyčení výkopů a základů a) axonometrické, b) řez - 11 (123) -

11 Pozemní stavitelství II (S) M02 Podkladem pro vytyčení výkopů a základů jsou stavební výkresy výkopů, zpracované podle ČSN Kreslení výkopů, a výkresy základů podle ČSN Kreslení základů. 2.2 Co máme vědět o staveništi Podrobně o vlastnostech základových půd po stránce fyzikální, chemické a mechanické pojednává speciální obor - mechanika zemin, resp. hornin. Při výběru staveniště je nutné zajistit geologický a hydrogeologický průzkum s nutností přihlížet na hospodárnost, na zájmy ochrany přírody, krajiny a životního prostředí Průzkum staveniště V mechanice zemin musíme znát důkladně vlastnosti zemin. Tyto vlastnosti se zjišťují na neporušených vrstvách základové půdy. Vzorky získáme geologickým nebo půdně-mechanickým průzkumem. Druh i podrobnost průzkumu závisí na složitosti geologických a hydrogeologických poměrů v podzákladí a také na konstrukci a rozsahu stavby. Průzkum základové půdy poskytuje údaje důležité pro posouzení vhodnosti umístění stavby, únosnosti a stlačitelnosti základové půdy, vlivu podzemní vody na základové konstrukce, o návrhu hloubky založení a o vlivu nové stavby na stavby již stojící. Průzkum se provádí podle ČSN Zakládání stave. Geologický průzkum pro stavební účely, se rozlišuje na: předběžný průzkum podrobný průzkum průzkum během stavění průzkum během existence stavby Předběžný průzkum Výsledkem předběžného průzkumu je předběžný posudek, který se provádí převážně pro zastavovací (urbanistický) plán. Úkolem je určení stability území (staveniště) jako celku a vhodnost staveniště pro navrhovanou konstrukci. Podkladem pro vypracování posudků o průzkumu jsou geologické mapy, prohlídka (rekognoskace) staveniště a sondovací práce (123) -

12 Zakládání staveb Geologické mapy a geologická dokumentace se shromažďují v Geofondu při Ústředním ústavu geologickém v Praze. Povinností geologů je posílat do Geofondu všechny zprávy o geologických průzkumech, kde bylo použito sond hlubších než 10 m. Prohlídka staveniště a jeho okolí nám umožní úsudek o způsobu založení sousedních konstrukcí. Pro lepší posouzení můžeme použít starých posudků a plánů, sledujeme trhlinky na objektech, z nichž můžeme usuzovat na chování základové půdy. Důležité je si zjistit i stav podzemní vody (je možno jej snadno ověřit i podle blízkých studní); svůj úkol zde hraje i roční období (suché či deštivé léto, atd.), v němž jsme sondovali. Sondování a přímé určování vlastností zemin se provádí na vzorcích v laboratoři nebo přímo na staveništi (in situ). Sondy umisťujeme tak, abychom co nejhospodárněji vystihli geologické poměry staveniště a abychom získali vlastnosti zemin, k nímž je nutno přihlížet při projektování celé konstrukce, (navrhování základů). Musí být též těsná spolupráce geologa s projektantem. Druhy sond a jejich vzdálenost volíme podle rozsahu staveniště a geologických poměrů na staveništi. Hloubka by měla být taková, aby bylo dosaženo dostatečně únosných a málo stlačitelných vrstev.při sondovacích pracích se mimo vlastností zemin zjišťuje také výskyt podzemní vody, úroveň hladiny podzemní vody (h.p.v.) a chemické složení. Pokud již bylo v dřívější době území prozkoumáno, provádějí se sondy jen ověřovací. Při předběžném průzkumu určíme alespoň odhadem dovolená namáhání (únosnost) a stlačitelnost základové půdy. V důležitých případech určujeme již pevnost zemin a stlačitelnost podrobněji na základě zkoušek. Určíme také chemické složení vody a její vliv na konstrukci, propustnost zeminy a přítok vody do stavební jámy. Konečně geotechnik určí postup při zakládání a způsob založení. A nakonec vyhotoví zprávu o předběžném průzkumu Podrobný průzkum upřesňuje průzkum předběžný tak, abychom dostali jasný obraz o geologických poměrech a vlastnostech základové půdy. Je nutno vyšetřit pevnost, stlačitelnost základové půdy a provést výpočet únosnosti a sedání. Také je třeba stanovit ochranu základové konstrukce proti agresivitě vody. Na základě předchozích poznatků a výpočtů navrhneme založení, případně rozčleníme stavbu dilatačními spárami, a postup při zakládání. Stanovíme zabezpečení stavební jámy proti účinkům vody a sesouvání (123) -

13 Pozemní stavitelství II (S) M02 Sondy je důležité zaměřit polohově, ale i výškově. Vycházíme z nivelační sítě a počátek sondy vztáhneme k mořské hladině. O sondách musíme vést pečlivě záznamy do pracovního deníku. Počet sond a jejich rozmisťování. Sondy umisťujeme vně budovy, co nejblíže základů, aby základová půda v místě základů nebyla narušena nebo poškozena. Pouze u rozlehlých staveb můžeme vrtané sondy umístit do plochy základu, ale před prováděním základových konstrukcí musí být zasypány a zhutněny nebo zabetonovány. Počet sond je dán také velikostí stavby. Zpravidla pro jednoduchý objekt provádíme tři sondy, popřípadě můžeme počet sond omezit na jednu kontrolní sondu (pokud jsou na staveništi známé základové poměry). Vzdálenost sond od sebe je v rovinatém území 20 až 50 m ve složitějších případech volíme síť sond podle potřeby např. po 5 m, příklad uvádí obr Obr. 2.3: Rozmístění sond: a) pro malý objekt, b) rozsáhlý objekt; Hloubka sond se stanovuje hlavně podle zatížení konstrukce a podle jejich rozměrů, musí však projít všemi vrstvami základové půdy, na které bude působit přitížení stavbou. Pro pozemní stavby se sondy dělají do hloubky asi 3b (b je šířka základu v metrech) pod základovou spáru, min. však do hloubky 6 m, případně h = b, u deskových základů min. h = 1,5b. U průmyslových staveb děláme alespoň jednu sondu do 20 až 30 m, ostatní sondy stačí do 6 až 12 m u skalnatých podloží v menších hloubkách je tomu jinak příklad je na obr (123) -

14 Zakládání staveb Obr. 2.4: Sondy: a)hloubka sond, b) sonda (vrt) s označením různých tříd zeminy Druhy sond volíme podle účelu stavby, rozlohy stavby, typu konstrukce budovy a geologických poměrů, případně i vybavení průzkumné firmy. Zarážené sondy je to nejčastěji ocelová trubka, profilu 30 mm a délky 2 až 4 m, která se zaráží do zeminy. Vzorky se používají většinou pro pedologické (rozlišování druhů půd) a agrotechnické posuzování. Kopané sondy nejčastěji o rozměru 1,2 x 1,8 m se hloubí do 6 až 8 m podle hladiny podzemní vody. Kopaná sonda umožňuje prohlídku zeminy a mohou z ní být snadněji odebírány neporušené vzorky, zobrazení najdeme na obr. 2.5 a). Sondy se opatřují roubením nebo pažením. Tyto zpevňující opatření se provádějí na základě druhů zeminy. Vrtané sondy jsou profilu 150 až 300 mm, viz. obr.2.5 b), se používají do měkčích zemin, v zeminách obsahujících štěrk je nutno volit profily větší. V nesoudržných zeminách musí být vrty paženy ocelovými výpažnicemi. Vrtané sondy jsou trojího druhu:: a) sondy vrtané lžící (ruční točivé vrtání) se užívá do měkkých až středně pevných zemin. Na konci soutyčí je našroubována lžíce pro vrtání v hlíně nebo v ulehlém písku. Nebo spirálový vrták pro hlínu se štěrkem nebo válcový naběrák s klapkou, jde-li o soudržné písčité štěrky ve vodě. b) Dlátování (nárazové vrtání) slouží k rozbití balvanů, které stojí v cestě vrtání. Vrtá se těžkým dlátem a drť se vybírá válcovým naběradlem nebo se užívá nárazového vrtání a drť se z vrtu vyplavuje (123) -

15 Pozemní stavitelství II (S) M02 c) Strojní jádrové vrtání je nutné tam, kde je třeba získat neporušená jádra skalních hornin, ale i soudržných zemin (jílů). Hornina se obrušuje korunkou a jádro vniká do jádrovnice, která je jednoplášťová nebo dvouplášťová, kde se jádro méně poškozuje. Odebírání a hodnocení vzorků ze sond Vzorky zemin - se odebírají z každé odlišné vrstvy, ze stěn nebo i ze dna sondy, nejméně však z každého metru hloubky sondy. Označené vzorky se ukládají do vzorkovnic a chrání se před účinky vnějších vlivů (teplota, déšť, mráz, voda, otřesy přepravou, atd.). Pokud je v sondě voda, je třeba zaznamenat její naraženou hladinu a za 24 hodin pak ustálenou hladinu. Současně je nutné odebírat ji do lahví s těsným uzávěrem. Obr. 2.5: Provádění sond: a) kopané sondy; b) vrtané sondy Vzorky vody - Vzorek se odebírá po ustálení hladiny podzemní vody, v min. množství 1 litr. Základem dobré analýzy vody je správné odebrání vzorků k rozboru, je nutno postupovat podle ČSN Voda pro výrobu betonu, poněvadž nevhodné chemické složení vody narušuje betonové základy. K chemickému rozboru se odebírají dva litry vody do skleněných lahví se zabroušenou zátkou. U vody se zjišťuje kyselost nebo zásaditost pomocí ph. Vody silně kyselé s ph nižším než 4 narušují strukturu betonových základů, naopak vody silně zásadité (nad 8,3) jsou podezřelé ze znečištění odpadními průmyslovými vodami kontaminované) (123) -

16 Zakládání staveb Dále se u vody zjišťuje obsah nerozpuštěných částic (do 2000mg/litr), které způsobují tvrdost. Tvrdost vody způsobuje vysoký obsah hořčíku Mg a vápníku Ca. Velmi měkké vody se nazývají hladové (mají méně než 6 DIN), měkké vody obsahují 10mg CaO / litr nebo 7,1 HgO / litr. způsobují rozpouštění hydroxidů, křemičitanů nebo hlinitanů, což má nepříznivý účinek na betonové základy a ty potom ztrácejí pevnost. Vody mohou obsahovat také agresivní CO 2, je to ta část CO 2, který je v roztoku obsažen nad rovnovážnou hranici. Tyto agresivní vody se často nacházejí v oblastech, kde jsou doly. Laboratorní zkoušky slouží k zjišťování vlastností zemin a vody. Je třeba vyšetřit vlastnosti základové půdy, jako je zrnitost, pórovitost, objemová hmotnost, vlhkost, propustnost, konzistenční meze, úhel vnitřního tření zeminy a soudržnost (stlačitelnost), ale také chemické složení (agresivita) vody. K hodnocení vzorků slouží také: Polní a zatěžovací zkoušky, které se provádějí přímo na staveništi (pro nákladnost se používají jen výjimečně). Geofyzikální měření např. pro zjištění modulů a polohy vrstev. Příklad geologického profilu kopané sondy je na obr. 2.6, vrtané sondy na obr Všechny výsledky průzkumu slouží jako podklad pro výběr a posouzení vhodnosti staveniště. Obr. 2.6: Rozvinutý geologický profil stěn kopané sondy - 17 (123) -

17 Pozemní stavitelství II (S) M02 Obr. 2.7: Profil vrtané sondy Průzkum během stavění (provozní průzkum) je nutný hlavně pro rozsáhlé stavby, jako jsou teplárny, elektrárny, mosty, přehrady. U nich je třeba ověřit poznatky podrobného průzkumu. Průzkum během stavění je nezbytný v případech, narazí-li se při zemních pracích na zeminu jiného složení a jiných vlastností, než bylo zjištěno předchozími průzkumy. Podle výsledků tohoto průzkumu se musí popřípadě změnit návrh základových konstrukcí (123) -

18 Zakládání staveb Průzkum během existence stavby se provádí např. v případech, pokud se změní lhůta dokončení stavby nebo v průběhu následujících let kolísá hladina spodní vody (vzniká např. nadměrné vysychání zeminy). Dalším příkladem může být změna charakteru budovy Výsledky průzkumu staveniště O výsledcích průzkumu, který může být předběžný, podrobný, během stavby či po jejím dokončení, se musí sepsat zpráva, která má obsahovat: a) popis konstrukce - jakého je materiálu, statické určitosti nebo neurčitosti, zatížení v konstrukci, její rozměry, podsklepení - podle toho pak uvažujeme o rozmístění sond, jejich počtu a hloubce. b) geologické poměry staveniště, účel průzkumu. Jaké jsou též poměry v okolí projektovaného objektu, jakým způsobem byly sousední stavby založeny, nemají-li poruchy, atd. c) výsledky předběžných prací, prohlídky staveniště, odpovídá-li voda v sondách hladině blízkých řek, rybníků atd. d) popis sondovacích prací, výkopů, vykreslení geologických profilů s údaji o jednotlivých vrstvách, odběru vzorků zemin a vody. e) výsledky polních zkoušek na staveništi - in situ, jako je např.čerpací pokus, penetrace, zatěžovací a smykové zkoušky. f) výsledky geofyzikálních zkoušek g) výsledky laboratorních zkoušek, chemické rozbory, agresivita vody. h) geotechnické výpočty napětí, sedání, konsolidace,únosnosti, posouzení stability, zemních tlaků atd. i) technické závěry o založení konstrukce, postupu prací, roubení stavební jámy izolacích a hodnocení staveniště. j) podklady zprávy, protokoly měření zkoušek, situace sond (vrtaných a kopaných), grafy geologických profilů s popisem vrstev, uvedení, kde jsou uloženy vzorky. k) seznam norem, literatury (123) -

19 Pozemní stavitelství II (S) M Výběr staveniště Rozhodující pro posuzování vhodnosti staveniště z ekonomického hlediska jsou náklady, vynaložené na založení objektu v poměru k celkovým nákladům na stavbu. Staveniště mohou být podle vhodnosti: vhodná dobře použitelná; podmíněně použitelná, málo vhodná, nevhodná Staveniště vhodná, která se vyznačují únosnou a málo stlačitelnou půdou, zde zakládáme nad hladinou podzemní vody (h.p.v). Čerpání vody ze stavební jámy je snadné, stavební jámu není nutno roubit. Půda ani voda neobsahuje látky škodlivé betonové konstrukci základu. Základová půda může obsahovat štěrky, písky, poloskalní a lehce rozpojitelné skalní horniny Staveniště dobře použitelná, u nichž sedání i u členitých budov jsou v přípustných mezích, dle tab., viz kap. Sedání a konsolidace. Konstrukci rozdělíme dilatačními spárami, stěny stavební jámy již roubíme, svahy výkopů vystačí ve sklonu 1:1,5. Čerpání vody je zvládnutelné. Základová půda obsahuje převážně ulehlé písky, pevné jíly a suché spraše. U spraší ale pozor na možné jejich rozbřednutí při styku s vodou, při průtržích mračen a zatékání do základové spáry (123) -

20 Zakládání staveb Staveniště podmíněně použitelná, vyžadující určitého uspořádání konstrukce, např. široké pásy a desky. Voda už může být méně agresivní, půda je nestejnorodá. Je třeba provést izolace i proti tlakové vodě (asi do 80 cm). Tato staveniště se nacházejí v údolních nivách řek, v určité hloubce bývá podklad z neogenních jílů, který způsobuje dlouhodobá (časová) sedání staveb Staveniště málo vhodná, kde je voda nízko pod terénem a musíme ji čerpat, resp. provést umělé snížení h.p.v. Voda může být agresivní. Na těchto staveništích se mohou vytvořit sesuvy, staveniště je nutno obehnat štětovými stěnami. Jsou to staveniště poblíž řek, rybníků s měkkými zvodněnými sedimenty Nevhodná staveniště, jsou např. pozemky nad zásobami nerostných surovin, přírodní krajinářské a historické rezervace, bažiny, násypy, poddolované území, sesuvná území, středy měst. Mohou to být i pozemky s dobrou zemědělsky použitelnou půdou, seismická území (dle normy ČSN Seismická zatížení staveb.), pozemky s pitnou vodou atd. Podrobnosti o staveništi, průzkumu atd. najdeme v normě ČSN Zakládání staveb. Geologický průzkum pro stavební účely., ČSN Zakládání staveb. Základová půda pod plošnými základy., dále v ČSN Měření posunů stavebních objektů, ČSN Betonové konstrukce. Klasifikace agresivních prostředí, ČSN Zemní práce, ČSN Navrhování a posuzování stavebních konstrukcí při přestavbách, atd Stabilita území Staveniště je nutno prohlédnout z hlediska inženýrské geologie, geomorfologie a hydrogeologie. Pokud se naleznou nějaké nevhodné jevy, je nutno ihned upozornit investora. Pokud se na území staveniště vyskytne sesuv, je třeba specifikovat, zda jde o skutečný sesuv, nebo zda je sesouvání vyvoláno - 21 (123) -

21 Pozemní stavitelství II (S) M02 nesprávným postupem snímání vrstev zeminy, špatným postupem při zatravňování, atd. Skladbu sesuvných vrstev bychom zjistili z hlediska regionální geologie. Území můžeme rozdělit na: sesuvná, náchylná k sesouvání, průměrně stabilní stabilní Sesuvné území označujeme takové, jež je v přirozeném stavu postiženo sesouváním. Toto území poznáme podle morfologických charakteristik, podle odlučné oblasti, případně podle naklonění stromů, i stáří území.je nutné dávat pozor na staré fosilní sesuvy; může nás zmást, že jsou nyní v klidu, později mohou oživnout.vždy je nutno opatrně postupovat, hlavně neodlehčovat paty svahů a nepřitěžovat svahy nahoře. Příklad starého sesuvu je na obr. 2.8, stavbu je nutno uspořádat jako tuhý celek a ani v průběhu stavby se nesmí pata svahu odlehčit, nýbrž jen přitěžovat. Obr. 2.8: Příčný řez sesuvným územím na okraji dolnomoravského úvalu. 1-paleogenní břidlice, 2-prachový jíl, 3-štěrky, 4-svahové hlíny, 5-sesuv, 6- hlinitý náplav (123) -

22 Zakládání staveb Území náchylá k sesouvání Můžeme sem zařadit staré uklidněné sesuvy, které se však mohou stát živými při nesprávném stavebním postupu. Příkladem jsou i rýhy pro kanalizaci.dlouhé objekty v těchto případech zakládáme po částech s dilatacemi i v základech. Zdi provádíme v rýhách velmi opatrně. Příkladem je obr. 2.9 postavený objekt v patě svahu, označený A, nedal podnět k sesuvu, ale při částečném výkopu pro objekt B se ukázalo nebezpečí, že výkopem bude uvolněna horní část hmoty, a proto musel být projekt upraven tak, aby se zmenšil výkop na minimální hloubku. Obr. 2.9: Příčný řez staveništěm (inženýrské stavby na okraji dolnomoravského úvalu), 1-pískovce, břidlice a jíly, 2-vylehčené paleogenní horniny, 3- neogenní písčitý slín, 4-štěrk, 5-spraš a sprašová hlína Území průměrně stabilní je zde třeba obvyklé opatrnosti při navrhování a provádění. Možno je provádět obvyklé sklony svahů, vykopávky můžeme provádět najednou, ale plynule. Není vhodné dělat vykopávky s příliš vysokými stěnami. Není také vhodné povrchovou vodu pouštět přímo se svahu (obr. 2.10); nesmíme dovolit, aby svahy s výrony vody promrzaly, zvlášť na svahových sutích. I sondy mohou způsobit vývěry vody. Je také nutné připomenout, že projektanti větších objektů nebo sídlišť musí vycházet z toho, že větší zásahy do tvaru území jsou doprovázeny změnou sil - 23 (123) -

23 Pozemní stavitelství II (S) M02 v zemních tělesech, které mohou mít nepříznivé důsledky, nejde-li o dostatečně pevné horniny (obr a). Obr.2.10-a) Příklad staveniště narušovaného vodní erozí. 1-neogenní písčitý slín, 2-povrchově porušené neogenní sedimenty, 3- svahová suť a hlína. b): Sesuv v paleogénních břidlicích, způsobený odkopem svahu a výronem vod: 1-paleogenní pevná břidlice, 2-destičkovitě rozpadlá břidlice, 3-hlíny s úlomky břidlice,4-sesutá rozbředlá hmota, 5-výron vody Území stabilní jsou velmi odolná proti sesouvání a sesuvy při neopatrné práci mají spíše charakter zřícení než sesouvání. Stabilita svahů Svahy u zářezů nebo násypů provádíme ve sklonu, aby byly stabilní. Nejsouli stabilní, potom dojde ke svážení. Svážení je jev, při němž se v půdě porušila rovnováha z různých příčin. Část zeminy se dá do pohybu a zaujme novou polohu, v níž je po sesutí nový rovnovážný stav. Faktory, které způsobují sesouvání: - 24 (123) -

24 Zakládání staveb 1. Změna sklonu svahu Vzrůst sklonu svahu způsobuje v horninách změnu napětí, rovnováha bývá porušena vzrůstem napětí ve smyku. 2. Přitížení násypy -způsobuje vzrůst smykových napětí a zvětšení napětí vody v pórech jílovitých zemin, které zmenšují vnitřní tření. 3. Otřesy, vibrace U spraší a málo zpevněných písků může dojít otřesy k porušení intergranulární vazby a tím ke zmenšení soudržnosti. U zvodnělého jemného písku a citlivých písčitých jílů mohou dát otřesy popud k přemístění nebo pootočení zrn, to může způsobit, že se zeminy stanou náhle tekutými. 4. Změny obsahu vody: a) vliv atmosferických srážek v zeminách vzrůstá tlak vody v pórech a mění se konzistence. b) Rozdíl elektrického potenciálu mezi dvěma vrstvami, na jejichž styku vzniká smyková plocha (elektroosmotické pochody). c) V období sucha jílovité zeminy vysychají a smršťují se. Tím pak umožňují vnik vody do jílovitých hornin. d) Rychlé změny vodní hladiny (např. při březích umělých jezer). Náhlý růst vodního tlaku v pórech může způsobit i náhlé ztekucení písku. 5. Působení podzemní vody: 6. proudění podzemní vody působí tlakem na částice zeminy 7. podzemní voda může vyplavit tmel a tím zeslabit intergranulární vazbu, zmenšuje soudržnost a klesá součinitel vnitřního tření. 8. Proudící voda v jemném písku vyplavuje částice ze svahu. Vznikají pak kaverny. 9. Napjatá hladina podzemní vody působí na nepropustné vrstvy v nadloží jako vztlak. 6. Činnost mrazu Mrznutím se zvětšuje objem vody v trhlinách. V jílovitých horninách se při tání pak zvětšuje objem vody z vrstviček ledu v povrchové vrstvě, která pak rozbřídá. 7. Zvětrávání hornin Mechanické a chemické zvětrávání porušuje postupně soudržnost hornin (123) -

25 Pozemní stavitelství II (S) M02 8. Změny ve vegetačním porostu svahů Kořeny stromů udržují stabilitu svahu mechanickým působením a přispívají k vysušení svahu. Odlesněním se mění režim v povrchových vrstvách. Tab.2.1 Průměrné sklony svahů Výška svahů v m Hlína 1:1,5 1:2 1:2,5 1:3 1:3,5 Jílovitá hlína nebo jíl 1:1,75 1:2,25 1:2,75 1:3,5 1:4 Písek 1:1,25 1:1,25 1:1,25 1:1,25 Zvýšení stability svahů a jejich sanace Je-li stupeň stability menší než přípustný, můžeme pro zvýšení stability provést toto opatření: 1. Zmenšíme sklon svahu, případně provedeme na svahu lavičky, vytvoříme tak mísovitý nebo odstupňovaný tvar. 2. U paty svahu přidáme přitěžující násyp, případně na horní straně odebereme část zeminy. 3. U svahů s vodou provedeme odvodnění horizontálními vrty nebo žebry, která musíme chránit humusem a svést do trativodů. 4. Svah lze chránit proti vnikání vody humusem a zatravnění. 5. Proti nepříznivým účinkům vytékající vody ze svahu, zřizujeme ochranné vrty, vyplněné štěrkem. 6. Zvýšení (umělé) pevnosti provádíme infiltrováním, odvodněním, elektrochemicky Zemní práce Po vytyčení výkopů a základů, můžeme začít s prováděním zemních prací. Zemní práce v pozemním stavitelství se podle etap postupu rozlišují na: - 26 (123) -

26 Zakládání staveb přípravné práce, hlavní zemní práce dokončovací práce Přípravné práce Prvním krokem je sejmutí ornice, neboť jde o zemědělsky nejkvalitnější vrchní vrstvu půdy, obsahující organické látky vhodné pro růst a vývoj rostlin. Ornice se snímá se v tloušťce 150 až 300 mm. Pro rozsáhlejší stavby se odváží na skládky mimo staveniště. Menší množství (např. plocha rodinných domků) je možno skladovat na pozemku a nakonec se použije na vyrovnání pozemku kolem stavby. Přípravné práce na staveništi zahrnují všechny práce : např. bourání objektů, odstranění domů, sejmutí ornice, odstranění porostu, atd. Tyto práce jsou prováděny v předstihu, aby mohly hlavní zemní práce nerušeně pokračovat Hlavní zemní práce Mezi hlavní zemní práce patří výkopové práce a rozpojování hornin, hutnění zemin, zajišťování stability stěn výkopů, roubení, milánské stěny, štětové stěny a odvodnění stavební jámy. Výkopové práce a rozpojování hornin se z 90 % provádějí zemními stroji různých druhů. Ruční výkop je většinou jen doplňující nebo začišťovací prací (přichází v úvahu jen u staveb s malým objemem zemních prací např. rodinných domků). Rozpojování skalních hornin je prováděno pomocí průmyslově vyráběných trhavin za přísných bezpečnostních opatření. Podle obtížnosti rozpojování se vybírají vhodné mechanismy k rozpojování hornin a stanovují se ceny za výkopové práce. Horniny třídíme do sedmi tříd těžitelnosti podle charakteristických vlastností. Vytěžená zemina se nazývá výkopek, který je nutno přemístit mimo staveniště a buď uložit na skládce, nebo jej lze použít přímo na násypy, zásypy a obsypy (123) -

27 Pozemní stavitelství II (S) M02 Na skládce se výkopek ukládá zpravidla v nakypřeném tj. neulehlém stavu. Skládky se zřizují dočasné, tam se sype výkopek, který se na stavbě později ještě použije, nebo skládky trvalé pro neupotřebitelný výkopek (pokud je materiál zeminy nevhodný k dalšímu použití). Podle polohy rozeznáváme zemní práce: násypy, zásypy, výkopy Násypy se budují na povrchu území a jsou sypanou konstrukcí. Zřizují se jen po tenkých vrstvách ( mm) podle vlastností sypaniny. Násypy při vyšších vrstvách je nutno hutnit. Jednotlivé vrstvy se zhutňují pěchováním (ručními nebo pneumatickými pěchy, apod.), válcováním (hladkými, rýhovanými, ježkovými válci nebo pneumatickými válci) a vibrováním (vibračními deskami, vibračními válci apod.) Zásypy jsou konstrukce, vyplňující prostor pod úrovní terénu (jámy, rýhy, šachty) a kolem stavební konstrukce. Nejvhodnější pro násypy a zásypy (sypaniny) je materiál nenamrzavý, objemově stálý a málo stlačitelný (štěrk). Méně vhodné jsou jíly, hlíny a kamenité horniny Výkopy se provádějí hloubením pod úrovní terénu. Podle tvaru a rozměru se rozlišují výkopy na : stavební jámy (rozměr větší jak 2 m), rýhy (převládá délkový rozměr, maximální šířka 2 m), - 28 (123) -

28 Zakládání staveb šachty (převládá hloubkový rozměr s maximální půdorysnou plochou - 36 m 2 ). Při výkopu nesmí být porušena základová spára, proto se ve výkopu ponechává vrstva zeminy na ochranu (zvlášť při nepříznivých klimatických podmínkách déšť, horko, atd.) a odebírá se nejčastěji ručně (asi 200 mm) až před prováděním betonáže základů a podkladních betonů. Základovou spáru je třeba chránit i před účinky klimatickými. V letních měsících před vysycháním, větrem (sypké materiály) a vodou (zaplavením), v zimních měsících před mrazem a sněhem, obzvláště u zemin namrzavých (nutno zakrýt vrstvou zeminy o tl. až 800 mm) Zajištění stěn výkopu Způsob zabezpečení stability stěn výkopů proti sesuvu je závislý především na fyzikálně-mechanických vlastnostech zeminy a sklonu vrstev, vodních poměrech v zemině a na čase, po který bude výkop otevřený a také na zatížení a tvaru okrajů výkopů, atd. Výkopové práce se provádějí podle normy ČSN Zemní práce (z roku 1986 a změn z roku 1991 a1999). Výkopy, prováděné podle této normy, se musí rozšiřovat o nutný prostor pro zhotovení izolací a bednění. Nejmenší šířky pracovních prostorů jsou v tabulce: Tab. 2.2 Nejmenší šířky pracovního prostoru pro zhotovení výkopů hloubka nejmenší šířka pracovního prostoru výkopu v m b v m na zhotovení izolace na použití bednění roubené neroubené výkopy roubené neroubené výkopy výkopy svah 1:0,6 svah>1:0,6 výkopy svah 1:0,6 svah 1:0,6 do 4 1,2 1,2 1,2 0,6 0,3 0,5 nad 4 do 6 1,4 1,2 1,4 0,8 0,3 0,5 nad 6 1,6 1,2 1,4 1,0 0,3 0,5 Stěny výkopů se zabezpečují svahováním, roubením (pažením) a podzemními stěnami (123) -

29 Pozemní stavitelství II (S) M02 Jen v soudržných zeminách se mohou výkopy stěn provádět svisle a to do max. hloubky 1,5 m (obr část a). Při návrhu zemních těles se musí počítat s konečnou povrchovou úpravou, která chrání svah proti účinkům povětrnosti (zatravněním, drnováním, obkladem speciálními dlaždicemi). Obr. 2.11: Svahy výkopů: a) výkop se svislými stěnami; b) výkop svahovaný; c) výkop svahovaný s terénními lavicemi Svahovaný výkop (obr část b) má být co nejstrmější, aby se nezvětšovala kubatura zemních prací a nezmenšoval prostor kolem výkopu, který potom umožňuje maximální využití mechanizace při hloubení a přesunu výkopku a při provádění základových konstrukcí a spodní stavby. Prostor mezi spodní stavbou a šikmými stěnami výkopu musí být po dokončení stavby zasypán zeminou vhodných vlastností a hutněn (podle druhu zeminy po vrstvách). Sklon svahu se volí podle úhlu vnitřního tření a soudržnosti zeminy, podle výskytu podzemní vody, podle hloubky výkopu a postupu výstavby. Pokud výkop probíhá v různých druzích zeminy, musí se sklon svahu přizpůsobit jejich vlastnostem. Celková stabilita svahu se vyjadřuje stupněm bezpečnosti. Přibližné sklony svahu u dočasných výkopů jsou v následující v tabulce: - 30 (123) -

30 Zakládání staveb Tab. 2.3 Sklony svahů pro různé zeminy Druh horniny Sklon svahu prachová hlína 1:0,25 jílovitý štěrk 1:0,25 hlína 1:0,25 až 1:0,5 jíl 1:0,25 až 1: 0,5 jílovitá hlína 1:0,25 až 1: 0,5 jílovitý písek 1:0,50 balvanovitý písek 1:0,75 hlinitý písek 1:1 písčitá hlína 1:1 písčitý štěrk 1:1 Svahy výkopů, hlubších jak 3 m se zpravidla navrhují se sklonem ve spodní části výkopu méně strmým a přerušují se terénními lavičkami (bermami), o šířce min. 500 mm Trvalé sklony svahů výkopů do hloubky 6 m se navrhují : Tab Sklony svahů podle hloubky výkopů Hloubka výkopu Sklon svahu 2 m 1 : 1,50 2 až 4 m 1 : 1,75 4 až 6 m 1 : 2,00 Sklon svahů výkopů u skalních hornin závisí na stupni zvětrání hornin.ve středně zvětralých horninách je to sklon 1:0,33 a v pevných skalních horninách 1: 0,22 (pokud na svah nepůsobí voda). Nemůžeme-li výkopy svahovat např. v hlubokých rýhách a šachtách, provádějí se výkopy se svislými stěnami, které se zajišťují roubením (123) -

31 Pozemní stavitelství II (S) M02 Úkol 2.1 Zakreslete půdorys a řez výkopů bytového domu. K zakreslení použijte normu ČSN Výkresy pozemních staveb Kreslení výkresů stavební části. Úkol 2.2 Zakreslete půdorys a řez výkopů monolitickými patkami. K zakreslení použijte normu ČSN Výkresy pozemních staveb Kreslení výkresů stavební části Roubení stěn výkopů Roubení je dočasná stavební konstrukce, která zabezpečuje stěny výkopu proti sesuvu a zajišťuje tak bezpečnost pracovníků. Při provádění je nutné dodržování bezpečnostních a technologických předpisů, proto se rozepření provádí současně s hloubením výkopů. Roubení je složeno z pažení, což je plochá výplň, která je ve styku se zeminou a rozepření (pažiny), které zabezpečuje stabilitu ve svislém směru. Zemní tlak působící šikmo, popř. vodorovně je zachycován vodorovnými rozpěrami nebo šikmými vzpěrami. Materiálem použitým k pažinám může být dřevo nebo ocel. Roubení se používá s příložným vodorovným nebo svislým pažením, dále se záporovým, spouštěným, zátažným a hnaným pažením. Druh použitého roubení závisí na mechanicko-fyzikálních vlastnostech zeminy a hloubce výkopu. Roubení příložné se používá v suchých málo stlačitelných a soudržných zeminách do hloubky 5 až 7 m. Roubení příložné s vodorovnými pažinami (fošny nebo ocelové pažnice), se převazují svlaky a vodorovně se rozpírají rozpěrami. Hloubení výkopů, převážně rýh, se provádí po pracovních záběrech max. hloubky 1,5 m. Svislé svlaky se rozpírají po 1,5 až 2 m (obr část a). Roubení se svislými pažinami je složeno ze svislých pažin, vodorovných svlaků a z vodorovných rozpěr. Používá se jen u mělkých rýh a u širokých - 32 (123) -

32 Zakládání staveb stavebních jam, poněvadž nejde přepažovat. Místo vodorovných rozpěr jsou použity šikmé vzpěry (obr část b). Obr. 2.12: Roubení příložným pažením: a) rýha s vodorovnými pažinami; 1-pažina; 2-svislý svlak; 3-rozpěra; b) jáma se svislými pažinami; 1-pažina; 2-vodorovný svlak; 3-svislá rozpěra; 4-vzpěra;5-vodorovná vzpěra; 6-práh; 7-kotvení prahu; 8-zavětrování vzpěr; 9-tesařská skoba; U hlubokých stavebních jam v tlačivých zeminách se používá roubení s pažením do zápor (obr část a). Po obvodě stavební jámy se zaberaní válcované tyče tvaru I (tzv. zápory) po vzdálenostech 2 m asi do hloubky min. 1,5 m pod úroveň předpokládaného dna jámy. Postupně při hloubení jámy se do zaberaněných zápor zasouvají vodorovné pažiny (fošny nebo prefabrikované železobetonové desky). Při větších hloubkách stavebních jam (3,5 m a více) je nutno zápory rozepřít nahoře vodorovným dřevěným nebo ocelovým roštem. Lze je také kotvit do zeminy např. kořenovými pilotami. Kotvy musí zasahovat do zeminy až za úhel vnitřního tření (obr část b). Délka kořenové piloty závisí na únosnosti zeminy. Kotvy jsou z tyčí, ocelových lan nebo ze svazku drátů a ukládají se do šikmých vrtů, předpínají se a pak se injektují (123) -

33 Pozemní stavitelství II (S) M02 Obr. 2.13: Roubení do zápor : a) zápory :1-pažina; 2-klín; 3-zápora; 4-rozpěra; b) Zápory kotveny kořenovými pilotami: ϕ-úhel vnitřního tření zeminy; 1-zápora; 2-pažina; 3- klín; 4-kotva opatřená na konci rozpěrkou, umístěná v šikmém vrtu nebo v injekční trubce; 5-těsnění vrtu; 6-proinjektovaná část horniny-kořen táhla; 7- kotvení předpjatého táhla; Podzemní stěny U rozsáhlých zemních prací dnes častěji používáme podzemních stěn než tradičního roubení. Zřizují se po obvodu stavebních jam u hlubokých výkopů v prolukách nebo při velkém zatížení okrajů výkopů. Podle použitého materiálu rozeznáváme stěny jílové, jílovocementové (mají funkci pažící) a betonové (mají funkci konstrukční). Podzemní stěny mohou být provedeny z širokoprofilových pilot (pilotové stěny), z milánských stěn (monolitické podzemní stěny) nebo ze štětových stěn. Pilotové stěny jsou zřizovány ze širokoprofilových pilot vzdálených osově asi 2 m, tvořících stěnu. Prostor mezi pilotami se současně s výkopem zajišťuje stříkaným betonem. U stěn, kde se piloty vzájemně překrývají se postupuje tak, že se hloubí a betonují postupně liché piloty a po zavadnutí betonu se hloubí a betonují sudé piloty. Milánské stěny jsou to podzemní stěny tvořené průběžnou rýhou. Mají tloušťku 400 až 1500 mm a hloubku do 40 m, vyplněny jsou zpravidla jílovitou suspenzí do níž se spouštějí hotové prefabrikované stěny, nebo se suspenze odčerpává se současným betonováním od spodu. Jílovitá suspenze má hustotu - 34 (123) -

34 Zakládání staveb kolem 1100 kg /m 3 a tvoří ji zpravidla montmorillonitické jíly, resp. bentonity. Tyto stěny mohou sloužit nejen k zajištění stěn výkopů, ale mohou tvořit i obvodové zdivo budoucí stavby. Štětové stěny - používají se k hloubení výkopu pod úrovní spodní vody. Tyto stěny tvoří speciální nosníky ze dřeva nebo oceli, železobetonu (štětovnice), které se zaberaňují do zeminy těsně vedle sebe. Štětovnice tvoří stěnu, která zachycuje tlak vody a zemní tlak. Výkop stavební jámy je nutno chránit před povrchovou vodou, ale často i před podzemní vodou Odvodnění stavební jámy Odvodňování je odstraňování vody ze stavební jámy nebo jejího podloží.voda se svádí do studní a z nich se pak odčerpává. Odvodněním se odstraní jen gravitační voda, ostatní druhy (hlavně kapilární) zůstávají. Návrh odvodnění závisí na: propustnosti základové půdy, hloubce a velikosti základové jámy na poloze vůči hladině podzemní vody. Odvod provádíme: povrchovým čerpáním (odvodňováním), hloubkovým čerpáním. Povrchové čerpání vody (Obr. 2.14) odvádí vodu do stavební jámy přitékající se svahů, ze dna jámy nebo dešťovou vodu. Ve stavební jámě musí být proto po obvodě dna svahovaných výkopů provedeny záchytné příkopy (rygóly). V jejich rozích se pak umísťují čerpací studny. Při větším přítoku vody se ještě odvodňovací systém doplňuje bočními drény. Voda ze studny se odčerpává a odvádí se co nejdále od výkopu, aby nemohla prosáknout zpět do stavební jámy. Povrchové odvodnění je vhodné při provádění zemních prací v sklaním podloží, v soudržných zeminách, u nichž není nebezpečí vyplavování jemných částic (123) -

35 Pozemní stavitelství II (S) M02 Při čerpání se musí snížit hladina vody alespoň o 500 mm pod dno jámy, aby nevzniklo nadzvedávání zrn vztlakem. Hloubkové čerpání se používá u málo propustných zemin při větším přítoku vody do stavební jámy, snižuje se tak hladina podzemní vody uměle. Provádí se hloubkovými vrtanými studněmi a voda se snižuje pomocí ponorných čerpadel. Obr. 2.14: Povrchové čerpání vody ze stavební jámy Dokončovací zemní práce K těmto pracím patří všechny takové práce, jimiž se trvale upravuje povrch výkopů a násypů tak, aby odolávaly povětrnostním vlivům. Patří sem především rozprostření ornice, které se provádí podle projektu, nejméně však v tloušťce 100 mm (ve zhutněném stavu). Další dokončovací prací je osetí ploch travním semenem. Zatravnění chrání před přírodní erozí. Ve zvláštních - 36 (123) -

36 Zakládání staveb případech se používá drnování např. u velmi strmých svahů nebo zatravňovací betonové dlaždice. 2.3 Základová půda Všechny stavby spočívají na povrchových vrstvách zemské kůry a svým přitížením vyvozují v podzákladí napětí, způsobující změny v základové půdě. Tyto změny souvisí pak se změnami ve vlastní stavbě. Výraz půda potom má široký význam, zahrnuje všechny druhy hornin, které přejímají zatížení stavby. Než začneme se stavbou a než začneme s výpočtem základů, musíme provést průzkum základové půdy, z něj určíme druh zeminy (horniny), její vlastnosti a složitost základových poměrů. Podle vlastností potom dále určíme, jak velká zatížení jsou přípustná Průzkum základové půdy je úkolem inženýrské geologie a ta řeší problémy při zakládání staveb a zabývá se vyšetřováním jednotlivých otázek: Vyšetření stability území, pokud jde o staveniště na svazích, zkoumáme stabilitu k dnešnímu stavu, nedojde li k porušení stability zásahem způsobeným zřízením a provozem stavby. Vyšetření možnosti a způsobu založení dané stavby s ohledem na únosnost základové půdy (pod pojmem únosnosti zde rozumíme zatížení, které můžeme na půdu uložit aniž dojde k porušení půdy z pod základů konstrukce). Vyšetření konstrukce a způsobu založení dané stavby s ohledem na deformace, způsobené stlačováním půdy pod základy staveb. Určujeme sedání vlastní váhy konstrukce a jejího provozního zatížení, dále sedání od sousedních staveb a vliv na stavby sousedů, dále i deformace vlivem změny hladiny podzemní vody. Vyšetření vlivu podzemích vod na stavební konstrukce po stránce chemické a opatření s tím související (123) -

37 Pozemní stavitelství II (S) M02 Rozsah průzkumů je značně závislý na složitosti geologických poměrů na pravidelnosti geologické stavby, na morfologických poměrech a na druhu stavby, jejím rozsahu a zatížení Vlastnosti základové půdy Spolehlivé hodnoty základové půdy (zemin a hornin) je třeba získat pro bezpečné a hospodárné zakládání staveb. Ty pak používáme jako různé parametry do geotechnických výpočtů. Vlastnosti základových půd zjišťujeme v laboratořích nebo polními zkouškami (in situ) jako vlastnosti : 1. fyzikálně-mechanické, např. objemová hmotnost - ρ, měrná hmotnost (měrná tíha) - ρ s a vlhkost - w. Z těchto vlastností pak vychází další, jako např. konzistenční meze, pórovitost - n, stupeň nasycení - S r, dále ještě zrnitost, filtrace, vzlínavost a teplotní vodivost. 2. chemické, mezi ně patří chemické složení zeminy, ale i vody (agresivita). 3. technické, jako je pevnost, stlačitelnost, koeficient konsolidace, atd. Uvedené vlastnosti můžeme zjišťovat zkouškami, jsou to tedy hodnoty průkazné, nebo je i použijeme z tabulek v normách jako hodnoty směrné. Zeminy můžeme považovat za prostředí dvoufázové, skládající se ze zrn a vody v pórech, nebo prostředí trojfázové, kdy jsou navíc ve vodě obsaženy bublinky vzduchu. Pro ověření vlastností zemin používáme laboratorní zkoušky a ty jsou prováděny podle příslušných norem: ČSN Navrhování geotechnických konstrukcí. Část 1: Obecná pravidla. Část 2: Navrhování na základě laboratorních zkoušek. Část 3: Navrhování na základě terénních zkoušek, (předběžné normy z roku ) (123) -

38 Zakládání staveb Druhy základových půd Kvalita základových půd je tedy závislá nejen od vlastností, ale i od jejich geologického původu. 1. Horniny (skalní horniny), vytvářející zemskou kůru, mají různé minerální složení a strukturu. Vznikly v různých geologických útvarech mají velkou pevnost, danou soudržností, malou stlačitelnost a malou propustnost. 2. Horniny (zeminy) nesoudržné, nekohezní, jsou to převážně písky a štěrky, materiály, které nejsou stmeleny. U nich závisí pevnost na tření částic mezi sebou a stlačitelnost je závislá na ulehlosti či nakypření. 3. Horniny (zeminy) soudržné, kohezní, u nich je pevnost dána soudržností, jsou stlačitelné a propustné. Mezi ně patří jíly, slíny, silty, spraše, sprašové hlíny, atd. 4. Organické půdy, jsou měkké, stlačitelné a propustné;obsahují organické částice. 5. Násypy také patří k základovým půdám. Jejich vlastnosti závisí na druhu materiálu, ulehlosti a stáří Horniny skalního podkladu K horninám skalního podkladu patří všechny vyvřeliny - žuly, syenity, diority, andesity, diabasy, melafyry, čediče porfyry, dále krystalické břidlice ruly, svory, amfiboly a krystalické vápence a pevné sedimenty starších geologických útvarů slepence, pískovce, droby, křemence, vápence a dolomity. Tyto horniny poskytují zpravidla dobrou a velmi únosnou základovou půdu. Základové poměry, kde skalní podklad vystupuje až na povrch jsou zpravidla jednoduché, vyšetřování je nutno provádět jen v povrchových vrstvách a určuje se stupeň zvětralosti. Únosnost pevných hornin skalního podkladu je poměrně značná a při běžných stavbách ji nemůžeme ani zcela využít. Horniny skalního podkladu jsou málo stlačitelné, proto sedání stavby bude nepatrné a nemusíme je při běžném průzkumu uvažovat. Pozornost musíme brát jen tam, kde bude stavba založena na styku dvou hornin s nestejnoměrnou stlačitelností (123) -

39 Pozemní stavitelství II (S) M Sypké nesoudržné horniny Do skupiny nesoudržných hornin patří písky, písčité štěrky nejrůznějšího původu a složení. Také sypké kamenopísčité suti, různé písčité zvětraliny např. žulové nebo pískovcová eluvia. Tyto horniny poskytují obvykle dobré podmínky pro zakládání. Únosnost základové půdy záleží na jejich zrnitosti, ulehlosti. U těchto hornin záleží na mocnosti vrstev a na pevnosti spodního podkladu. Při zakládání na jemných píscích se musí dát pozor na velkou stlačitelnost a možnost vyplavování písku ze základové spáry. Výkopové práce je nutné provádět opatrně, aby nedošlo k sesouvání nebo vyplavení jemných částí při čerpání vody ze základové spáry. Další problémy může způsobit působení vodního vztlaku a to zpravidla ve zvodnělých oblastech a v údolních nivách změnou hladiny podzemní vody Horniny soudržné Do této skupiny řadíme různé jíly, spraše a zeminy písčité nebo jílovitopísčité, kde je směs částic jílovitých s hrubšími frakcemi. Soudržnost těchto zemin je podmíněna jílovitými částicemi. Soudržné zeminy mění svoji konzistenci podle obsahu vody. Při větším obsahu vody jíly - bobtnají a spraše rozbředají. Za sucha jsou obojí velmi tuhé a smršťují se. Jsou také pohyblivé a náchylné k sesouvání. Pro tyto velmi proměnlivé vlastnosti si při navrhování základů spraše a jíly zasluhují zvláštní pozornosti! Většina stavebních poruch byla vždy způsobena velkým a nestejnoměrným sedáním základů na soudržných zeminách, ke kterým dochází dlouho po dokončení stavby. Vzhledem k tomu, že každá stavba sedá, musíme podle normy ČSN Základová půda pod plošnými základy při návrhu základů brát v úvahu tabulku č. přípustných sedání, viz kap. sedání a konsolidace. Při předběžném průzkumu dále zjišťujeme především konzistenci zeminy a únosnost základové půdy (123) -

40 Zakládání staveb Podle konzistence rozlišujeme soudržné zeminy na: kašovité, lehce tvárlivé (měkké), tuhé (těžce tvárlivé), pevné, tvrdé Organické neúnosné základové půdy tato skupina půd se zpravidla nehodí pro zakládání jakýchkoliv staveb. Patří sem především sedimenty organického původu, jako jsou rašeliny, slatiny, bahnité náplavy, rašelinové půdy a slatinné zeminy. Nevhodné jsou především pro vysoký obsah vody a proto jsou velmi stlačitelné a mohou také zmenšovat svůj objem rozkladem organických částic. Zvodnělé bahnité náplavy s organickou příměsí se obvykle vyskytují v údolních nivách, kde bývají často zakryty hlinitopísčitými náplavami povodňových vod. Při běžné prohlídce nejsou často patrny, je nutno je tedy zjišťovat až podrobným průzkumem - sondami. Pokud musíme v údolních nivách a v blízkosti řek zakládat, je nutné geotechnickému průzkumu a statickému návrhu věnovat patřičnou pozornost. Často používáme metod zlepšování základové půdy Složitost základových poměrů Podle ČSN Základová půda pod plošnými základy se v závislosti na složitosti rozlišují základové poměry na: jednoduché, složité Jednoduché základové poměry - 41 (123) -

41 Pozemní stavitelství II (S) M02 Základová půda se v rozsahu stavebního objektu podstatně nemění, jednotlivé vrstvy mají přibližně stejnou mocnost a jsou uloženy vodorovně nebo téměř vodorovně. Podzemní voda neovlivňuje uspořádání objektů a návrh jejich konstrukce Složité základové poměry Základová půda se v rozsahu stavebního objektu místo od místa podstatně mění nebo vrstvy mají proměnlivou mocnost nebo jsou nepravidelně uložené. Podzemní voda se nepříznivě uplatňuje při návrhu objektů a znesnadňuje postup při jejich zakládání. Základová půda může mít také nepříznivé vlastnosti nebo ji tvoří zvláštní zeminy či skalní horniny. Podle náročnosti s přihlédnutím ke statickým hlediskům, stavební konstrukce rozlišujeme na: nenáročné konstrukce, náročné konstrukce Nenáročné konstrukce, jsou méně citlivé na rozdíly v nerovnoměrném sedání a mají dostatečnou rezervu spolehlivosti v plastické oblasti přetvoření. Specifickou podskupinu tvoří stavební objekty nízké do dvou podlaží (např. rodinné domky, garáže, apod.) Náročné konstrukce jsou všechny ostatní konstrukce, především výškové, staticky neurčité stavební objekty. Při navrhování základů se postupuje podle složitosti základových poměrů, podle náročnosti konstrukce a podle stupně projektové přípravy. Rozlišujeme tři geotechnické karegorie viz ČSN Základová půda pod plošnými základy: - 42 (123) -

42 Zakládání staveb Podle 1. geotechnické kategorie se postupuje při předběžných hodnoceních staveniště a při předprojektové přípravě. Posuzuje se převážně únosnost základové půdy. Podle zásad 2.a 3. geotechnické kategorie se postupuje při definitivním návrhu základů. Do 2. geotechnické kategorie patří nenáročné konstrukce ve složitých základových poměrech a náročné konstrukce v jednoduchých základových poměrech. Do 3. geotechnické kategorie patří náročné konstrukce ve složitých základových poměrech Zatížení a základová půda Každé zatížení, působící na povrchu nebo pod povrchem terénu, vyvolává v základové půdě napětí a deformace. Deformace podloží se zpětně přenášejí na horní konstrukci stavby a vznikají na ní poruchy. Proto je nutno při statickém výpočtu brát v úvahu účinky zatížení, nerovnoměrného sedání a konsolidace, únosnosti základové půdy, atd. Zatížení základů stanovíme podle (ČSN Zatížení stavebních konstrukcí.) délky působení na stavební konstrukci a dělíme je na zatížení stálé a nahodilé Druhy zatížení Pro navrhování zatížení základů stavebních konstrukcí je nutno používat normu Zatížení stavebních konstrukcí, (z roku 1986 a novelizované části z období ). Zatížení se podle této normy dělí podle: a) doby trvání a podle změn velikosti, polohy a směru působení na : stálá, nahodilá. b) délky účinku je dělíme na : - 43 (123) -

43 Pozemní stavitelství II (S) M02 dlouhodobá, krátkodobá, mimořádná Stálé zatížení se pokládá za neměnné po celou předpokládanou dobu užívání stavební konstrukce. Je to celkové zatížení trvale působící od nadzemních i podzemních částí objektů (zdivo, příčky, omítky, podlahy, stropy a střešní konstrukce), tlaky zeminy, hornin (např. násypy), popř. tlak trvale působící podzemní vody atd Nahodilá zatížení jsou zatížení proměnná nebo jen dočasně působící. Rozeznáváme : užitná zatížení, klimatická zatížení, zatížení od vynucených přetvoření, montážní zatížení Nahodilá zatížení dlouhodobá Patří sem tíha těch konstrukcí jejichž poloha se může v průběhu užívání změnit např. příčky, trvale osazené stroje a zařízení, skladovací hmoty a předměty, dynamická zatížení periodického charakteru (seismická zatížení), Nahodilá zatížení krátkodobá Jsou to zatížení od osob, nábytku, zatížení sněhem, větrem, námrazou a klimatické účinky teplotních změn, dynamické účinky od zatížení, např. jeřáby, motorová vozidla atd (123) -

44 Zakládání staveb Nahodilá zatížení mimořádná Mezi ně ředíme účinky zemětřesení seismických vlivů, účinky výbuchů a tlakových vln, účinky nerovnoměrného přetvoření základu a základové půdy, způsobené náhlými změnami (např. prosednutím nebo podmáčením). Při výpočtech je nutno brát v úvahu kombinace nejnepříznivějších účinků zatížení. Všechna tato zatížení se přenášejí do základové spáry a proto se musí při výpočtech započítávat Napětí v základové půdě Konstrukce svým tlakem vytvářejí v podloží napjatostní pole. Vznikají pod nimi izobary spojnice bodů stejných napětí (Obr Napětí v základové půdě). Ke stanovení napětí se užívá teorie pružného poloprostoru, která vznikla před více než sto lety a byla dále rozvíjena. Napětí (izobary) mohou zasahovat i pod sousední objekty, dochází k vzájemnému ovlivňování napětí a napětí se určitým způsobem sčítají. To může vyvolat i dodatečné deformace, případně poruchy již stojících objektů. K výpočtu napětí se používá různých vztahů podle normy ČSN Základová půda pod plošnými základy. Obvykle se však předpokládá stejnorodá základová půda. Ve skutečnosti jsou podle svého vzniku zeminy anizotropní prostředí, jež má ve všech směrech odlišné vlastnosti. U klasické teorie pružného poloprostoru se uvažuje jen o tzv. stacionárním stavu (právě teď) a neuvažuje se časová změna napětí, což je hlavně důležité u jílovitých zemin, kdy dochází k dotvarování podloží s časem. Na rozdělení napětí v základové půdě mají vliv převážně tyto činitelé: zatížení (způsob a jeho intenzita), podíl napětí k únosnosti základového podloží, tuhost základu, stlačitelnost a druh zeminy v podloží, hloubka založení (123) -

45 Pozemní stavitelství II (S) M02 Obr. 2.15: Napětí v základové půdě - tvary izobar: a) podle tuhosti základu b) roznášení tlaku do hloubky Napětí v základové půdě je vyvoláno: napětím od vnějšího zatížení, napětím v základové půdě od vlastní tíhy zeminy kontaktním napětím (časovým) v základové spáře Napětí od vnějšího zatížení je způsobeno přitížením v základové spáře konstrukcí, tj. kontaktním napětím; předpokládáme že je rovnoměrné. K jeho nalezení vycházíme z teorie pružného poloprostoru a to od osamělé síly (sloup), od přímkového zatížení (úzká zeď) a rovnoměrného zatížení na pásovém, kruhovém nebo obdélníkovém základu. V podloží základů se tvoří isobary, přibližný jejich průběh je na obr a. Tvar isobar je závislý na tuhosti základu, jeho zatížení a u jílovitých zemin též na čase. (obr b). Roznášení tlaku do hloubky se uvažuje pod úhlem 45 0 až Průběh napětí se mění podle teorií různých autorů (123) -

46 Zakládání staveb Napětí v základové půdě od vlastní tíhy zeminy, tzv. napětí geostatické. Ve svislém směru je rovno σ z = σ or = ρ h g, kde ρje objemová hmotnost,γ je objemová tíha a g 10 m. s -2 je gravitační zrychlení. Vodorovné geostatické napětí se vypočte z předpokladu, že poměrné přetvoření je nulové 1 σ 1 + σ 3 ε h = σ = 0 E h m Poissonova konstanta m = 1 µ ( µ je Poissonovo číslo) 1 µ Vodorovné napětí pak je σ h = σ z σ z m 1 = 1 µ Póry zeminy jsou zaplněny vodou, takže celkové (totální) napětí σ = σ ef + u, kde σ ef je efektivní napětí mezi zrny a u je neutrální napětí pórové vody. U písčitých zemin dochází k nadlehčování částic vztlakem, takže např. objemová tíha nasyceného písku pod vodou je γ su = = 10 kn m Kontaktní napětí z základové spáře závisí na tuhosti konstrukce na druhu základové půdy a na čase. Je to vlastně reakce základové půdy. U tuhých nosníků a v počátečním stavu je na okrajích teoreticky nekonečné, zatím co u poddajných - pružných základů má průběh, jak je na obr Vlastní základy se počítají podle různých teorií nosníků na pružném podkladě. Měli bychom tedy počítat sedání nikoli z napětí pro rovnoměrné zatížení, ale pro takto rozdělená napětí (ν F = m+1, kde ν F je Fröhlichův koncentrační faktor, m je Poissonova konstanta). Obr.2.16: Napětí ve spáře - 47 (123) -

47 Pozemní stavitelství II (S) M Sedání a konsolidace Tab.2.5 Mezní hodnoty sednutí Druh stavby Konečné celkové průměrné sednutí s m,lim Nerovnoměrné sednutí Hodnota (mm) Druh Hodnota 1. Budovy a konstrukce u nichž nevznikají vlivem nerovnoměrného sedání přídatná namáhání a není nebezpečí porušení prostupů a a souvisejících konstrukcí 120 s L t s L 0,003 0, Konstrukce - staticky určité 100 s L 0,005 - železobetonové staticky neurčité 60 s L 0,002 - ocelové staticky neurčité 80 s L 0, Vícepodlažní skeletové budovy - železobetonové skelety s výplňovým zdivem - ocelové skelety s výplňovým zdivem 4. Vícepodlažní budovy s nosnými stěnami - zděné z cihel a bloků se ztužujícími věnci - z velkorozměrových panelů a monolitického betonu 5. Tuhé železobetonové konstrukce - Komíny do výšky 100 m - Komíny vyšší než 100 m s L s L s L t s L s b s b s b s 6. Jeřábové dráhy 50 L 0,0015 0,0025 0,0015 0,0015 0,003 0,005 0,002 0,0015 Výpočet deformací základové půdy pod konstrukcemi je velmi důležitou úlohou geotechniky a to proto, že sedání je nejčastější příčinou poruch staveb (123) -

48 Zakládání staveb Sedání se projevuje téměř u každé stavby. Při rovnoměrném sedání probíhají deformace základové půdy bez poruch. Sedání by mělo probíhat v přípustných mezích viz tabulka v ČSN Základová půda pod plošnými základy(1988). Nerovnoměrné sedání může značně narušit stavbu. Vzniká např. nestejnoměrnou stlačitelností, nestejnorodým složením základové půdy a různou mocností vrstev. Příklady porušení budov různými vlivy jsou na obr obr. 2.17: Deformace budov vlivem různé mocnosti vrstev podloží. Obr. 2.18: Omezení nerovnoměrného sedání a deformace budov: a)rozdělením budovy dělícími spárami na menší samostatné části, b) zvětšenou tuhostí základové konstrukce (123) -

49 Pozemní stavitelství II (S) M02 Při návrhu základů vycházíme podle únosnosti ze všech nejnepříznivějších kombinací břemen, podobně jako při dimenzování např. sloupů. Pro předběžné posouzení, kdy ještě neznáme skutečné hmoty konstrukce, můžeme použít tabulek pro výpočet zatížení od konstrukce. I když není hodnota naměřeného sednutí překročena, neznamená to, že půda pod základem se nebude deformovat. Při stanovení dovoleného namáhání uvažujeme všechna působící břemena, při posuzování sednutí uvažujeme jen ta břemena (tzv. pracovní zatížení), která způsobují sedání ( tj.vylučujeme krátkodobě působící zatížení). U jílovitých zemin je tento předpoklad správný, ale u zemin, které se stlačují rychleji jako málo ulehlé písky, hlíny střídající se s písky, není jasné, které zatížení máme brát za rozhodující. Někteří projektanti pokládají dovolení namáhání základové půdy za absolutní hranici, jež se nesmí překročit, ale pokud jí nedosáhnou nemusíme se ničeho obávat. Je ale nutno si uvědomit, že stavba sedá i při menších namáhání základové půdy, neboť i to způsobuje stlačení základové půdy. Dovolené namáhání základové půdy není absolutní mezí, odvislou jen od základové půdy, ale je závislé také od rozměrů a uspořádání stavby. Příklady: Při překročení sedání může být ohrožen buď provoz budovy nebo zařízení budovy nebo vlastní stavební konstrukce: Poruchy provozní sledujeme jaká jsou přípustná sednutí, jimiž se ještě neporuší provoz stavby např. u jeřábových drah a jiných strojních zařízení, kde nejsou přípustné žádné deformace jen v mezích přesnosti měřících prostředků ( tj. 0,03 mm na 1 m délky nebo s / l = 0,0015) Poruchy na zařízení, případně na konstrukci výplní zasklené stěny, dveře, okenní křídla, Poruchy na vlastní konstrukci - závisí na druhu konstrukce. Nerovnoměrné sedání může značně narušit stavbu. Vzniká např. nestejnoměrnou stlačitelností, nestejnorodým složením základové půdy a různou mocností vrstev. Také nástavby nebo přístavby budov značně ovlivňují sednutí. Velké celky staveb nebo nestejně vysoké (těžké) objekty dělíme tzv. posuvnými spárami, které rozdělují objekt po celé výšce, (včetně základu), aby menší části samostatně sedaly (obr.2.18). Omezení nerovnoměrného sedání a deformace budov, část a). Zamezit nežádoucím deformacím můžeme také zvolením tuhé základové konstrukce, která ztuží podzemní část budovy (základová deska nebo krabicová konstrukce). Omezení nerovnoměrného sedání a deformace budov, je na obr část b) (123) -

50 Zakládání staveb Deformace základové půdy může být: okamžitá (počáteční), konsolidace (závislá na čase), konečná (finitní). Okamžité sednutí bývá kompenzováno prekonsolidací, neboť zakládáme do určité hloubky, v níž dříve působilo napětí σ or = f - γ.h, dané výkopkem (f = zatížení konstrukcí, γ - objemová tíha, h - hloubka založení). Hloubka založení má vliv na velikost sedání; se zvětšující se hloubkou se zmenšuje sedání, což je vidět na obr.sedání základové půdy, část a). Celkové deformace je možno počítat pomocí různých norem na základě Hookova zákona. Upravujeme ho do různých tvarů, např. podle ČSN Základová půda pod plošnými základy /1988, je sedání n σ z s = Σ 1 m. σ E kde E oed -modul zjištěný v přístroji (edometr), σ or - původní geostatické napětí, m -součinitel přitížení (je asi 0,1 až 0,5), h -mocnost vrstev pod základem. Sedání se počítá obvykle jen pro svislá napětí, i když je v podzákladí všesměrný stav napjatosti. Vyhovuje-li sednutí, zjistíme podle mezních (přípustných) hodnot sednutí podle druhu stavby. Při malé vzdálenosti základů se základy vzájemně ovlivňují, neboť u nich dochází k interferenci (obr.2.19 Sedání základové půdy b)) izobar (tzv. součtovému zatížení). Důsledkem je potom nestejnoměrné sedání - stejně zatížených a stejně dimenzovaných základů. Rozdíly v sedání dvou blízkých základů je nutno navrhovat v přípustných mezích. oed or. h Obr. 2.18: Sedání základové půdy ovlivňuje: a) hloubka založení, b) interference izobar- vzájemná přitížení základů, - 51 (123) -

51 Pozemní stavitelství II (S) M02 c) tvar základů Únosnost základové půdy Je to schopnost přenášet zatížení od horní stavby na základovou půdu. Ke stanovení únosnosti se používá řady postupů. Norma ČSN Základová půda pod plošnými základy z r uvádí: hodnoty tabulkové výpočtové únosnosti R dt výpočtovou únosnost R d Tabulková výpočtová únosnost Tab.6: Hodnoty tabulkové výpočtové únosnosti R dt [kpa] zemin jemnozrnných při hloubce založení 0,8 až 1,5 m pro šířku základu 3 m Tabulková výpočtová únosnost R dt [kpa] Třída Symbol Konzistence Měkká Tuhá Pevná Tvrdá F1 MG F2 CG F3 MS F4 CS F5 ML; MI F6 CL; CI F7 MH; MV; ME F8 CH; CV; CE kpa = 0,1 MPa dříve = 1 kp.cm (123) -

52 Zakládání staveb Tab.2.7: Hodnoty tabulkové výpočtové únosnosti R dt [kpa] zemin písčitých při hloubce založení 1 m Tabulková výpočtová únosnost R dt [kpa] Třída Symbol šířka základu b [m] 0, S1 SW S2 SP S3 S-F S4 SM S5 SC Poznámka: Pro třídu S 1 až S 3 platí hodnoty pro zeminy ulehlé. Pro zeminy středně ulehlé se hodnoty násobí součinitelem 0,65. Pro třídy S 4 a S 5 platí hodnoty pro konzistenci tuhou až pevnou. Tab. 2.8: Hodnoty tabulkové výpočtové únosnosti R dt [kpa] zemin štěrkovitých při hloubce založení 1 Tabulková výpočtová únosnost R dt [kpa] Třída Symbol šířka základu b [m] 0, G1 GW G2 GP G3 G-F G4 GM G5 GC Poznámka: Pro třídu G 1 až G 3 platí hodnoty pro zeminy ulehlé. Pro zeminy středně ulehlé se hodnoty násobí součinitelem 0,65. Pro třídy G 4 a G 5 platí hodnoty pro konzistenci tuhou až pevnou. Tab.2.9: Hodnoty tabulkové výpočtové únosnosti R dt [kpa] skalního masívu - 53 (123) -

53 Pozemní stavitelství II (S) M02 Zatřídění skalních hornin podle pevnosti Únosnost R dt [kpa] střední hustota - diskontinuit v mm r třída Pevnost velmi malá střední velmi velká σ c Pevnost až malá až velká až extrémně [MPa] > až 60 velká < R1 >150 velmi vysoká 8 4 2,5 15 R vysoká 4 2 1, R střední 1,6 0,8 0, R nízká 0,8 0,4 0,25 2,5-6 R5 1,5-5 velmi nízká 0,6 0,3 0,2 1-2,5 R6 0,5-1,5 extrémně nízká 0,4 0,25 0, Výpočtová únosnost se vypočte podle vztahu (odvozeného v podstatě J.Brinch-Hansenem) R d = c d N c s c d c i c + γ 1 d N d s d i d d d + γ 2 b/2 N b s b d b i b Pro R d odvozené pro 1. mezní stav únosnosti, kdy se pod základem vytvoří smyková plocha, vyjadřují koeficienty únosnosti N c, N d a N b vliv vnitřního tření ϕ i γ 1 a γ 2 je objemová tíha nad a pod základovou spárou b je šířka základu a d je hloubka založení. Koeficient únosnosti N c = (N d - 1) cotg ϕ d pro ϕ d > 0 N c = 2 + π pro ϕ d = 0 0 a R d = 5,14 c u + γ d N d = tg 2 ( ϕ d /2) exp π tg ϕ d N b = 1,5 (N d - 1) tg ϕ d ( EU7: N b = 2(N d -1) tgϕ ) Součinitelé s n vyjadřují tvar základu, součinitelé d c d d a d b hloubku založení a součinitelé i n vyjadřují vliv šikmosti zatížení ( viz ČSN z r a 1988) (123) -

54 Zakládání staveb Výpočtové hodnoty úhlu vnitřního tření ϕ d určíme z normových hodnot vydělením součinitele γ mϕ = 1,5 pro 0< ϕ Pro ϕ > 12 0 ϕ je γ m ϕ = ϕ 4 Normovou soudržnost c d vydělíme dvěma, objemovou tíhu jednou. Poznámka: Podle geotechnických kategorií stanovíme únosnost takto: 1. geotechnická kategorie : nenáročná stavba a jednoduché základové poměry použijeme tabulkových výpočtových únosností R dt 2. geotechnická kategorie: nenáročné stavby se složitou geologií nebo u náročné stavby s jednoduchými základovými poměry užijeme k výpočtu R d směrných normových charakteristik ϕ, kohese c a objemové tíhy γ. 3. geotechnická kategorie: pro náročné stavby a složitou geologii vycházíme např. z laboratorní zkoušky a polních zkoušek. Vodou nasycené jílovité zeminy se konsolidují v časové závislosti, takže jejich počáteční únosnost je menší. Později se konsolidací zvětšuje jejich únosnost. Znamená to, že je nutno počítat s tím, že jíly mají zpočátku menší únosnost. Jde tedy o tzv. nestacionární únosnost (viz skripta: EICHLER, J., MACEKOVÁ, V.: Mechanika zemin a zakládání staveb, Brno 1996, Akad. nakladatelství CERM). Pro urychlení sedání a zvýšení únosnosti jsou navrhovány různé způsoby zlepšování základové půdy, jako jsou např. štěrkopískové polštáře, geodrény, zhutňování, atd Zlepšování základové půdy K zlepšování kvality základové půdy slouží řada speciálních metod, jejichž účelem je zvětšit únosnost a zmenšit stlačitelnost, popř. zmenšit propustnost základové půdy. Způsoby zlepšování jsou: nahrazování neúnosné zeminy zeminou únosnou (zakládání na polštářích), mechanické zlepšování zeminy (zhutňování, odvodňování, zledňování), - 55 (123) -

55 Pozemní stavitelství II (S) M02 přidávání přísad do základové půdy (injektáž, stabilizace), chemická změna základové půdy (vysoušení - vypalování a elektroosmóza) Zakládání na štěrkopískových polštářích Štěrkopísek se používá pro svou velmi dobrou únosnost, malou stlačitelnost a nenamrzavost; polštáře (obr část a) pak zmenšují a urychlují sedání stavby. Polštáře musíme zhutňovat jen po tenkých vrstvách ( u suchých písků od 300 mm asi do 1000 mm), nejčastěji zhutňujeme vibračními deskami na únosnost 0,3 až 0,5 MPa. Voda pod polštářem se musí odvádět drenážními trubkami.. Výška polštáře je h pol = b. k, (podrobnější teorie viz skriptum EICHLER, J., MACEKOVÁ, V.: Mechanika zemin a zakládání staveb, Brno 1996, Akad. nakladatelství CERM ). Opakem polštářů je navršení násypu, které prekonsolidují své podloží. Po několikaletém působení se násypy odstraní a mohou se zakládat objekty (používá se s úspěchem v Holandsku). Obr. 2.20: Zlepšování základové půdy: a-štěrkopískové polštáře, b-zhutňující mikropiloty Zhutňování, odvodňování, zledňování - 56 (123) -

56 Zakládání staveb Zhutňování je možno provádět povrchovým způsobem, (válce, vibrační zařízení, atd.) nebo hloubkovým způsobem (vibroflotace, zhutňovací piloty) nebo i injektáží. Parametry zemin pro zhutnění posuzujeme podle Proctorovy zkoušky. Povrchové zhutňování se dělá hladkými (nožičkovými) těžkými válci v soudržných zeminách nebo vibračními válci u písčitých zemin. Chvění však může ohrožovat sousední budovy. Do zvodnělých a nakypřených písků se používá vibroflotace (hloubkové zhutňování). Roury vplachujeme proudem vody do hloubky až několik desítek metrů, pak spouštíme vibrátory a roury postupně vytahujeme. Způsob je velmi účinný a sedání velmi rychlé; velké je však ohrožení okolních staveb. Zhutňující piloty zmenšují stlačitelnost základové půdy a zvyšují smykový odpor ve vodorovném směru. Zhotovují se do předem ražených vrtů, vyplněných hutněným štěrkopískem. Rozteč vrtů je minimálně 1,5 násobek průměru vrtu viz. obr část b). Odvodňování může být také prováděno pomocí geodrénů (Alidrain - podle patentu švédské firmy Linden Alimak). Jsou to zvláštní svislé otvory - drény, které odvodňují podloží např. u dopravních těles (dálnice Hustopeče). Zledňování je mechanické zpevnění zvodnělé zeminy, způsobující zmrznutí vody obsažené v pórech. Led způsobí stmelení zrn a tím se zvyšuje pevnost Přidávání přísad do základové půdy (injektáž) zlepšuje její fyzikální, chemické vlastnosti. Přísadami může být vodní sklo, chlorid vápenatý, písek, cement atd. Přísady vpravujeme do půdy injektáží (tekutou směsí). Po zatuhnutí se zvyšuje pevnost a nepropustnost. Armování zeminy a geotextílie - 57 (123) -

57 Pozemní stavitelství II (S) M02 Zeminy můžeme vyztužovat taky různými materiály z přírodních (keramika, dřevo) nebo umělých hmot (textilní polyamidová, polyesterová, polyvinilchroridová a polypropylenová vlákna). Těmto materiálům říkáme geotextílie. Nejčastější použití je u zemních prací (násypy, opěrné stěny) k zajištění stability a zpevnění podkladu (obr část a) nebo mohou sloužit ve funkci filtru pro zabránění pohybu jemných částic zemin (obr část c). Obr. 2.21: Použití geotextilií : a) úprava zpevnění svahů proti erozi; b), c) ochrana drenáží před zanášením jemnými částicemi zeminy. Chemické změny v základové půdě se provádějí jen výjimečně a to metodami elektro-chemickými nebo termickými (např. vypalování sprašových hlín) Ochrana základových konstrukcí proti proudění vody, kolísání hladiny podzemní vody (h.p.v.) a ochrana proti účinkům podzemní vody Proudění vody pod konstrukcemi se může projevit odnášením zeminy a tím nepravidelným sedáním. Dále je to vztlak, který může zvlášť lehké konstrukce porušit. Kolísání h.p.v. se projevuje obvykle poblíž řek, přehrad, atd. Ke všem těmto účinkům zjišťujeme koeficient filtrace ( propustnosti) podloží staveb. Průzkumem je nutno bezpečně zjistit hladinu podzemní vody, případně, kam až může vystoupit. U jílovitých zemin postupuje voda velmi pomalu a stává se, že se objeví v suterénu stavby i po delší době (123) -

58 Zakládání staveb Způsoby ochrany konstrukcí: 1. U spraší navrhnout založení tak, aby byly základy nad h.p.v. 2. Snížení hladiny podzemní vody drenážemi a odvádění vody do kanalizace( pozor na zvedání hladiny při povodních, jarním tání,atd. Drenážní štěrkopískový koberec není vhodné zřizovat tam, kde je základová půda suchá, poněvadž koberec shromažďuje vodu pod celou stavbou. 3. Uvážit vhodnost nepřetržitého čerpání vody nebo budování velmi nákladné hydroizolační vany nebo případná oprava hydroizolace ( hospodárné je čerpání vody u průmyslových závodů do 20 l/sec, je ale nutno zabezpečit nouzovou dodávku elektrického proudu). 4. Provedení nepropustné hydroizolační nebo tlakové vany ( těžko provádět jako rekonstrukci). Po dohotovení stavby prostor mezi suterénní zdí a výkopem zasypáváme zhutněným štěrkopískem; voda ze svahu, skalní zeminy nebo voda z nepropustné zeminy se hromadí v tomto zásypu, proto je nutno navrhovat hydroizolaci jako tlakovou a ne jen proti zemní vlhkosti. Často je nutno štěrkopískový zásyp také oddrenážovat. 5. Izolace je nutno provádět podle ČSN Ochrana staveb proti vodě. Hydroizolace. Základní ustanovení, ČSN Zakládání staveb. Geologický průzkum pro stavební účely. Každá izolace musí být dostatečně sevřena betonovou plochou, dávající tlak 0,1kg/cm 2 ; pokud je h. p.v. 0,5m, je nutno desku vyztužovat. Během stavby jsou tlaky menší, takže je nutné snižovat tlak vody čerpáním. Pro snižování h.p.v. je v desce otvor pro čerpací studnu, který musíme pak pečlivě utěsnit.problém vzniká často u kotelen strojoven výtahů, 6. vliv chemických vlastností vody Základem dobré analýzy vody je správné odebrání vzorků k rozboru, je nutno postupovat podle ČSN Voda pro výrobu betonu Promrzání základové půdy - 59 (123) -

59 Pozemní stavitelství II (S) M02 Stavby je nutné zakládat do nezámrzné hloubky. Při menší hloubce je nebezpečí, že základová půda zvětšováním svého objemu zvedne základy a stavba se poruší. Hloubka promrzání je závislá na klimatických činitelích, především na střední roční teplotě, na intenzitě mrazu, na délce trvání mrazu a intenzitě větru, na terénu a pokrytí terénu, na druhu zeminy a porostu. Obecně nejmenší hloubka založení je podle ČSN mm, u jílovitých zemin 1200mm, u skalních hornin, které prakticky nemění mrazem svůj objem, je hloubka založení 500mm. Při návrhu hloubky založení musíme však vždy vycházet ze složení základové půdy a na hloubce podzemní vody; pokud je u soudržných zemin menší hloubka hladiny podzemní vody než 2m, je potom lepší volit základovou spáru v 1,2m. Není nutné, aby základ zasahoval betonem až do této hloubky; podle výpočtu se může nahradit štěrkopískovou vrstvou. Na obr je mapka, která znázorňuje přibližně oblasti s různou hloubkou pronikání mrazu. Obr. 2.22: Mapka hloubek promrzání základové půdy V návrhu základů se nejčastěji dopouštíme chyb u drobných staveb, například jako jsou plotové zídky, bylo by neekonomické zakládat do 1,2m, ale založení je zde nutné alespoň do 700mm i se štěrkovým podkladem. Také od drenážované obsypy základů a zídek zlepšují a chrání konstrukci proti promrznutí (obr. 2.23) (123) -

60 Zakládání staveb Obr. 2.23: Štěrkopískové vrstvy chránící základ proti promrzání zeminy: a) b) zídky plotů obsypány štěrkopískem a oddrenážovány, c) podsyp ze štěrkopísku pod chodníkovou dlažbou; 1-štěrkopísek, 2-podlaha 1.NP, 3-dlažba chodníku, 4-vybetonovaný žlab, 5- odtoková trubka, 6-drenážní trubka, H-zámrzná hloubka, T-terén, CH-chodník Objemové změny základové půdy Objemové změny zahrnují smršťování a bobtnání a mají vliv u jílovitých zemin. Vliv smršťování se v našich poměrech může projevit až do hloubky 1.5 m, výjimečně až do 2 m. Smršťování je třeba věnovat zvláštní pozornost při hloubení základových rýh a jam v blízkosti základů stávajících objektů. Je li základová zemina vystavena povětrnostním vlivům, dochází ke smršťování zeminy a základ může sednout. Objemové změny základových půd může být způsobeno různými vlivy, z nichž uveďme: Vliv slunečních paprsků, tzv. insolace se projevuje hlavně u jílovitých zemin a to u zdí, které jsou orientovány k jihu, jihovýchodu a k jihozápadu. Je třeba uvážit též roční období. Na smršťování má také vliv denní doba (ráno, odpoledne nebo večer). Smršťování může nabývat značných hodnot. Velký vliv má vlhkost základové půdy a poloha budovy od řeky, jezera, atd. Další příčinou prosychání jsou tzv. temperované konstrukce jako např. různé pece, cihelny, tovární komíny atd. Pod nimi se vytvoří izotermy, tj. křivky znázorňující tvar a rozsah proteplení a to i v časové závislosti. Ochranou mohou být vhodně uložené různé tepelné izolace, příklad jejich umístění je na obr (123) -

61 Pozemní stavitelství II (S) M02 Obr. 2.24: Ochrana konstrukce proti prosychání základové půdy Konečně uveďme, že značné vysychání způsobuje vegetace stromy, keře atd. Na počátku jejich existence je spotřeba vody jiná, než u vzrostlých stromů. Záleží to už na hustotě kořenového systému. Řídké kořeny má například bříza, javor, modřín a smrk. Velmi hustý kořenový systém má jasan. Spotřeba vody je např. u dubu asi 300 litrů za den, smrku 120 l/den, borovici stačí 40 l/den. Příjem vody zpod základů staveb vede k jejich poruchám. Kořeny podle své délky odnímají vodu pod stavbami; například topoly, olše a jilmy mají kořeny vzdáleny přes 10 m. Poruchami zvlášť trpí lehké a nepodsklepené stavby, chodníky a dlažby.podrobnosti najdeme v lit (123) -

62 Navrhování základových konstrukcí 3 Navrhování základových konstrukcí Volba typu základové konstrukce závisí zejména na : zatížení stavbou, stavebně konstrukčním řešením horní stavby a prostorové tuhosti budovy, geologickém profilu podloží, hydrogeologických poměrech, fyzikálně mechanických vlastnostech základové půdy (únosnosti, sedání, atd.) ekonomickém provádění (výkopových prací a základů samotných). Základy jsou konstrukční nosné prvky všech typů stavebních objektů, které zabezpečují přenášení účinků stavby (svislých nosných konstrukcí) do základové půdy. Objekty musí být vždy založeny tak, aby základy přenesly bezpečně veškerá zatížení horní stavbou. Pro volbu konstrukce a navrhování tvarů základů používáme předběžnou normu ČSN P, ENV EUROCOD 7 - Navrhování geotechnických konstrukcí (ČSN ) a ČSN P, ENV , část 2: Navrhování na základě laboratorních zkoušek a ČSN P, ENV , část 3 Navrhování na základě terénních zkoušek- ve vazbě na ), dále ČSN P ENV až 6 EUROCOD 2 - Navrhování betonových konstrukcí-část 3: Betonové základy. Podle toho jakým způsobem je přenášeno zatížení horní stavbou na základovou půdu a vzhledem k hloubce založení, rozeznáváme dva základní konstrukční typy základů: základy plošné, které zatížení stavbou roznášejí na větší plochu základové půdy, základy hlubinné, které přenášejí zatížení stavbou bodově do hloubky prostřednictvím vertikálních základových prvků, kterými jsou podporovány plošné základy. 3.1 Základy plošné (horizontální) Horizontální základy patří mezi nejrozšířenější způsoby zakládání. Vybíráme je tehdy, když je základová půda požadované únosnosti v dosažitelné hloubce (123) -

63 Pozemní stavitelství II (S) M02 Stavební materiály základových konstrukcí volíme tak, aby odolávaly účinkům zatížení a zemní vlhkosti. Poněvadž základy nejsou izolovány, je nejvýhodnějším materiálem lomový kámen, beton nebo železobeton. Betony je nutno chránit proti účinkům agresivní vody v základové půdě. U základů ze železobetonu je nutno provádět podbetonování z prostého betonu o tloušťce 50 až 100 mm, aby byla základová spára (to je rovina, ve které se základ stýká se základovou půdou a působí v ní kontaktní napětí) rovná a výztuž byla chráněna před poškozením a zanešením zeminou. Podle tvaru konstrukce, únosnosti zeminy a prostorové tuhosti dělíme základové konstrukce plošné na : základové patky, základové pásy, základové rošty, základové desky, prostorové základové konstrukce Základové patky Základové patky (základy osamělé) jsou nejlevnějším a nejjednodušším způsobem založení objektů s prutovými prvky v nosné konstrukci (skeletů). Volíme je u budov občanských, průmyslových, zemědělských nebo inženýrských tam, kde prutové prvky (sloupy) vyvozují bodová zatížení základů a základová půda je požadované únosnosti v dosažitelné hloubce. Základová půda musí být málo stlačitelná a musí mít požadovanou únosnost. Nutné je navrhovat patky tak, aby sedaly pokud možno stejně, což je velmi obtížné. Pokud by měla základová půda v rozsahu staveniště různou únosnost a stlačitelnost, vznikly by při dosedání příliš velké rozdíly a konstrukce stavby by se mohla porušit. Únosnost základové půdy pod patkami lze změnit velikostí a tvarem patek nebo kombinací použitím základových pásů nebo roštů. Nevhodnou únosnost základové půdy můžeme zlepšit např. štěrkopískovými polštáři, které jsou méně stlačitelné než původní zemina. Půdorysný tvar patek se navrhuje převážně čtvercový nebo obdélníkový - v poměru stran maximálně 1:3 (i když nejmenší sedání vyvozuje patka kruhová, navrhuje se minimálně pro její těžkou proveditelnost na stavbě) (123) -

64 Navrhování základových konstrukcí Podle průřezu dělíme patky na jednostupňové, dvoustupňové popřípadě tvaru lichoběžníkového ( obr.3.1. Základové patky, a ). Z hlediska použitého stavebního materiálu volíme základové patky: betonové, železobetonové, ocelové, pro ocelové konstrukce. Podle technologie provádění rozlišujeme betonové patky : monolitické (obr.3.1- a), montované z prefabrikovaných dílců (obr.3.1- b, c a obr. 3.2). Monolitické patky se dělají z prostého betonu nebo ze železobetonu, popřípadě jako patky kombinované z obou materiálů. Patky z prostého betonu (obr. 3.1) jsou vhodné použít jen tam, kde je únosná základová půda s přípustnou únosností nad 0,2 MPa. Navrhují se s menšími půdorysnými rozměry do max. velikosti strany mm. Základové patky z prostého nebo slabě vyztuženého betonu se dimenzují podle ČSN Navrhování betonových konstrukcí. Tvar patek se má volit tak, aby nevznikala velká tahová napětí. Pro návrh použijeme hodnot úhlu roznášení α v závislosti na velikosti provozního výpočtového napětí v základové spáře σ s = F / b 2, kde F je zatížení od horní stavby a b je předpokládaná šířka patky; výšku patky pak stanovíme ze vzorce h = a. tg α, pro h a, pro h 2a pak navrhujeme vícestupňovou patku. Pokud patky výpočtem vycházejí moc vysoké, h 1 m, je možno ušetřit materiál stupňováním patky, popřípadě horní stupeň provedeme ze železobetonu s minimální výškou stupně 250 až 300 mm, která je dána nutnou - 65 (123) -

65 Pozemní stavitelství II (S) M02 délkou kotevní výztuže sloupu. Železobetonové sloupy jsou do patek zpravidla vetknuté, připojené kotevními pruty vyčnívajícími z patek. Patky železobetonové (obr. 3.1) používáme tehdy, pokud by nám patky z prostého betonu výpočtem vycházely velkých půdorysných rozměrů, při únosnosti základové půdy do 0,15 MPa. Železobetonová patka je nejúspornějším typem plošného základu poněvadž díky malé výšce vzniká nejmenší hloubka základové spáry. Tvarem jsou železobetonové patky kruhové, čtvercové, obdélníkové a lichoběžníkové. Ochrana výztuže patky vyžaduje podkladní beton v tloušťce 50 až 100 mm a často i izolaci proti podzemní vodě. Boční plochy patky stačí v málo agresivním prostředí chránit asfaltovým nátěrem. Novějším způsobem je používání betonů odolávajícím vodě. Výška železobetonových patek h nemá být menší než polovina jejího vyložení a. Úhel roznášení tg α je v mezích 0,5 až 1. Patky z prostého betonu můžeme betonovat přímo do výkopu, ale železobetonové patky vyžadují bednění, a proto je výkop nutno rozšířit o nutný pracovní prostor. Patky prefabrikované se vyrábějí pro různé konstrukční typy skeletů o různých půdorysných tvarech a pro přípustné namáhání základové půdy nad 0,15 MPa. Nejčastější konstrukční varianty jsou patky plné a patky kalichové, jednostupňové i vícestupňové. Všechny prefabrikáty se musí ukládat na zhutněnou štěrkopískovou vrstvu nebo na vrstvu betonové mazaniny tl mm. Patky prefabrikované plné se vyrábějí jako jednostupňové a vícestupňové. Napojení patky na sloup je zajištěno ocelovými trny dodatečně vkládanými do otvorů v patce a zalévané cementovou maltou. Trny jsou přivařeny k okované patě sloupu (obr.3.2). Prefabrikované základové patky je nutno podkládat roznášecí monolitickou deskou z hubeného betonu v tloušťce 100 až 150 mm nebo podkladním prefabrikovaným dílcem, kladeným na vyrovnanou základovou spáru (123) -

66 Navrhování základových konstrukcí Pro vynášení obvodového pláště můžeme použít prefabrikovaný základový překlad (práh) ukládaný na základové obvodové patky (obr. 3.2 d). Obr. 3.1: Základové patky. a) tvary průřezů základových patek monolitických, b) tvary průřezů základových patek montovaných, c) méně používané skořepinové patky - 67 (123) -

67 Pozemní stavitelství II (S) M02 Obr. 3.2: Železobetonové montované patky: a) patka kalichová- napojení na sloupy, b) patka se zabudovanými ocelovými trny, c) patka s ocelovými trny dodatečně vloženými do dutin, d) osazení základových trámců na patky, e) složené patky Patky kalichové mají prohlubeň (hnízdo), do kterého se osazuje prefabrikovaný sloup do cementové malty, po zajištění polohy se kalich zabetonuje. Kalichové patky jsou dvoustupňové plné nebo ze dvou dílů (obr , část a) (123) -

68 Navrhování základových konstrukcí Úkol 3.1 Vypočítejte zatížení pro základové patky monolitického skeletu : vypočítejte šířku a hloubku monolitické základové patky: - střední, rohová a obvodová patka. Zakreslete půdorys a řez základovými monolitickými patkami. K zakreslení použijte normu ČSN Výkresy pozemních staveb Kreslení výkresů stavební části Základové pásy Základové pásy navrhujeme pro konstrukce stěnové (nosné i nenosné) a konstrukce skeletové (při velkém zatížení, když vycházejí patky příliš velké). Pásy navrhujeme tehdy, když pevnost zemin (hornin) v podzákladí je menší, než je pevnost zdiva konstrukce, aby se zvětšením plochy základu dosáhlo zmenšení kontaktního napětí v základové spáře a tím i zlepšení podmínek založení. Průřezy základových pásů mají tvary obdélníkové jednostupňové, stupňovité (dvou i tří stupňovité), deskové (lichoběžníkové) nebo žebrové (ve tvaru obráceného T). Základní tvary pásů najdeme na obr. 3.3 Příklady průřezů základových pasů. Provedení základového pásu může být z lomového kamene (dnes méně užívané), z betonu a ze železobetonu (monolitické nebo montované z prefabrikovaných dílců). Stanovení rozměrů základových pásů: šířka základového pásu b vyplývá ze zatížení, které působí na základovou půdu a z působení kontaktního napětí v základové spáře. Výška h se odvodí z velikosti rozšíření základu označeného písmenem a, v závislosti na velikosti roznášecího úhlu α, jehož hodnota je dána odolností použitého stavebního materiálu proti ohybu, smyku a rovněž přípustným namáháním základové půdy. Předpokládané hodnoty pro tgα: lomový kámen má hodnotu tg α = 2 až 3, prostý beton tg α = 1,5 až 2, železobeton tg α = 0,5 až (123) -

69 Pozemní stavitelství II (S) M02 Výška základového pásu se vypočítá ze vzorce : h = a tg α Dříve se používaly pásy z lomového kamene loženého, dnes je lze použít pouze pro základy málo zatížených stěn (rodinné domky). Základové pásy se provádějí jako jednostupňové (min. rozměr 500 x 500) nebo dvoustupňové, popřípadě i třístupňové. Podle použitého materiálu rozeznáváme základové pásy: monolitické, montované Pásy monolitické z prostého betonu se používají pro málo zatížené a běžné stěnové konstrukce. Jejich průřez je nejčastěji obdélníkový (jednostupňový) nebo stupňovitý (při větší výšce základového pasu). Minimální rozměr pásu z prostého betonu je 300 mm. Obr. 3.3: Příklady průřezů základových pásů. a) pásy monolitické z prostého betonu a železobetonu b) pásy montované železobetonové, c) z pásů obdélníkového průřezu, s koutovými náběhy a z pásů průřezu ve tvaru obráceného T (123) -

70 Navrhování základových konstrukcí Pásy monolitické ze železobetonu používáme pro velká zatížení. Jsou úspornější z hlediska spotřeby betonu. Pro ochranu vyztužené části základu před znečištěním zeminou se navrhuje vrstva podkladního betonu v tloušťce mm. Železobetonové pásy se navrhují pro nosné konstrukce stěnové i pro konstrukce skeletové, jestliže pod sloupy vycházejí patky příliš velké nebo jsou-li sloupy nestejně zatíženy. Tvar železobetonových pásů může být obdélníkový, se zešikmenou horní plochou nebo průřez obráceného tvaru T ( staticky nejvýhodnější). Úkol 3.2 Vypočítejte zatížení pro plošné základy bytového domu, zděného konstrukčního systému: vypočítejte šířku a hloubku monolitického základu: - základ volte pod obvodovou nosnou stěnou a pod střední nosnou stěnou. Zakreslete půdorys a řez plošných základů bytového domu. K zakreslení použijte normu ČSN Výkresy pozemních staveb Kreslení výkresů stavební části. Základové pásy montované (prefabrikované) Základy montovaných staveb mohou být provedeny z prefabrikovaných dílců (viz obr. 3.3 b, c). Při dovoleném namáhání základové půdy od 0,2 MPa do 0,35 MPa vychází návrh ještě ekonomický.. Základové prefabrikáty (bloky) se vyrábějí z betonu nebo ze železobetonu o rozměrech odstupňovaných pro různá zatížení stavbou a různou únosnost základové půdy (max. L=3000mm). Dílce mají obdélníkový nebo lichoběžníkový průřez; jsou buď plné nebo vylehčené (obr. 3.3 b). Základové bloky se kladou těsně vedle sebe nebo v určitých rozestupech jako základy pražcové, ty jsou výhodné pro zhotovení prostupů kanalizačního potrubí nebo instalačních kanálů základovou konstrukcí. Vzdálenost mezi jednotlivými bloky závisí na zatížení základu a únosnosti základové půdy a nemá být větší než polovina šířky pásu, max.700 mm. Základové prefabrikáty se ukládají do pískového lože ( mm), které vyrovnává dno výkopu a zajišťuje rovnoměrné přenášení zatížení na - 71 (123) -

71 Pozemní stavitelství II (S) M02 základovou spáru. Takovéto pásy jsou málo tuhé, proto je vhodné pro lepší vyrovnávání nerovnoměrného sedání použít podélného svázání prefabrikovaných prvků vložením výztuže do cementové malty do vodorovné spáry mezi základem a nadložní stěnou nebo nadbetonováním pod nadložní stěnu. Nebezpečí může způsobit voda, která se může stahovat do mezer mezi prefabrikáty, podmáčí je a bude vytlačovat zeminu, což způsobí sedání zeminy kolem základů a může dojít k porušení stavby. V dnešní době se stále více u drobných staveb uplatňují prefabrikované základové bednící tvarovky, duté. Po osazení nejlépe na štěrkové lože nebo na podbetonování, se zalévají betonem. Je je možno ztužit výztuží spolu se suterénními zdmi viz obr Obr. 3.4: Bednící prefabrikované betonové tvarovky: a) tvary, b) ukázka vyztužení - 72 (123) -

72 Navrhování základových konstrukcí Základové rošty Jsou soustavou základových pásů, kolmo navzájem uspořádaných. Poněvadž přenesou velká zatížení a mohou vyrovnávat nestejnorodé podloží, navrhujeme je v zeminách o velké stlačitelnosti, na poddolovaném území nebo v seismických oblastech. Použijeme-li ještě náběhů, přenesou rošty ještě větší zatížení (obr. 3.5). Únosnost můžeme ještě zvětšit nebo vyrovnat pomocí štěrkopískových pilot. Rošty se provádějí monoliticky ze železobetonu; jejich tvar a dimenzování jsou obdobné jako u základových pásů. Výhodou je tuhost celé konstrukce, kterou lze ještě zvětšit vhodným uspořádáním a spojením s konstrukcí suterénu. Tím se snadněji vyrovnají nerovnosti sedání celého objektu. Obr. 3.5: Základové rošty Základové desky Základové desky roznášejí zatížení rovnoměrně na celou plochu půdorysu stavby. Výhodou desky je, že ji můžeme navrhnout i pro zcela nehomogenní, málo únosnou a značně stlačitelnou základovou půdu, poněvadž vyrovnává nerovnoměrná sedání jednotlivých míst, zvláště, jde li o montovanou stavbu s prostorově málo tuhou konstrukcí. S výhodou je používáme i pro výškové (až 20 podlaží) a mimořádně zatížené konstrukce stěnové i skeletové. Desky vyhovují též pro zakládání objektů pod hladinou podzemní vody, vytvářejí potom tzv. základové vany (123) -

73 Pozemní stavitelství II (S) M02 Obr. 3.6: Základové desky : a) rovná deska z prostého betonu, b) rovná deska železobetonová, c) deska s horními žebry uložená ve vaně, izolovaná proti zemní vlhkosti, d) deska s horními žebry, e) základová deska hřibová, f) deska kazetová, g) deska se spodními žebry, h)deska ve tvaru obrácené klenby a zesílení tenké desky pod sloupem nebo příčkou. Základové desky se provádějí monolitické ze železobetonu, v různém tvarovém uspořádání - jako desky (na obr. 3.6) : rovné, žebrové, roštové, hřibové (123) -

74 Navrhování základových konstrukcí Železobetonové desky rovné mají v celé půdorysné ploše konstantní průřez 400 až 1200 mm. Při větší osové vzdálenosti svislých nosných konstrukcí jak 4000 mm a při větším zatížení se desky vyztužují žebry, které lépe odolávají deformaci. Desku potom navrhujeme podstatně tenčí a přebírá kromě vztlaku především smyková napětí. Je však nutno uvážit ekonomickou stránku návrhu. Žebra mohou být umístěna nad deskou nebo pod ní (obr. 3.6 f, g). Desky se spodními žebry není možno používat pod hladinou podzemní vody. V nerovnoměrně stlačitelné základové půdě se základové desky spojují se železobetonovými stěnami suterénu a železobetonovým stropem nad suterénem; vytváří se tak velmi tuhý celek, značně odolný proti deformacím. Tato tzv. krabicová konstrukce základů se používá pro věžové stavby a pro zakládání pod vodou Prostorové základové konstrukce - prstencové a skořepinové základy. Představují zvláštní typ plošných základů, které mohou v jednotlivých případech nahradit vhodným způsobem uvedené plošné základy. Podle tvaru rozeznáváme prostorová základové konstrukce (obr. 3.7): prstence, skořepiny, lomenice Prstencové základy se navrhují na dostatečně únosných zeminách u takových objektů, které vyvozují klopné účinky momentů a vodorovných sil v základové spáře. Zatížení se přenáší pomocí tenkostěnné skořepiny ve tvaru komolého kužele. Příklad použití prstencových základů je např. u televizních a vyhlídkových věží nebo komínů (123) -

75 Pozemní stavitelství II (S) M02 Skořepinové základy se navrhují na méně únosných zeminách, protože umožňují roznášení na celou plochu kontaktní spáry. Můžeme jimi nahradit základové patky, pásy nebo desky. Jejich výhodou je omezení objemu betonových konstrukcí. Lze je požít při návrhu rekonstrukcí a zesilování stávajících základů, např. při nadstavbách. Nevýhodou provádění je přesnost a pečlivost, zejména pokud jde o přípravu základové spáry. Tyto konstrukce je nutno ukládat na pečlivě tvarovaný a zhutněný násyp a na podkladní beton o tloušťce 50 až 100 mm. Na obr. 3.7, jsou znázorněny způsoby skořepinových základů pod nosné stěny nebo skupiny sloupů ve tvaru válcové skořepiny a jehlancové lomenice. Obr. 3.7: Skořepinové základy: a) pod sloupy tvar čtvercový, b) tvar kruhový, c) s obrubou na obvodu, d) skořepina válcová, e) skořepina s dvojí křivostí, f) jehlancová lomenice Hloubka založení plošných základů Hloubku založení ovlivňují některé vlivy. Předně je to charakter objektu (zděná budova, skelet, nepodsklepení, podsklepení), hmotnost stavby a hloubka základové spáry. Tyto vlivy ovlivňují stabilitu a sedání stavby. Další působící vlivy jsou klimatické (promrzání, vysychání), geologické (složení zeminy) a hydrogeologické (hladina podzemní vody). Podle působících vlivů určujeme tzv. nezámrznou hloubku, která je v našich geografických podmínkách min. 800 mm (obr část a), což je doporučeno ČSN Základová půda pod plošnými základy. Menší hloubka založení může být použita jen v celistvých skalních, poloskalních horninách (obr. 3.8 část b) nebo u základů - 76 (123) -

76 Navrhování základových konstrukcí vnitřních zdí a sloupů, chráněných před klimatickými vlivy (tam je pak min. hloubka založení 300 mm). (obr. 3.8 část d). Hloubka založení je odvislá též na úrovni hladiny podzemní vody a to vzhledem k návrhu izolací. Při hloubce hladiny podzemní vody (hpv) menší jak 2000 mm, musí být základová spára v hloubce min mm pod terénem (obr. 3.8 část c). Též je třeba uvážit vzlínání vody z větších hloubek k základové spáře. Voda může být i agresivní. Je třeba dát pozor na kolísání hladiny podzemní vody zvláště v blízkosti řek a rybníků. Hloubka založení má vliv na velikost sedání stavby. Čím do větší hloubky zakládáme, tím je menší sedání a naopak roste s hloubkou únosnost. Musíme též přihlédnout k velikosti zatížení od stavby, případně také k rozložení zatížení v konstrukci. Lehčí konstrukce může být nadzvedávána působením mrazu (vody v pórech zeminy). U jílovitých zemin zase dochází k vysychání a tím ke smršťování nebo naopak k bobtnání. Náchylné jsou hlavně jižní zdi, kde je insolace - působení slunečních paprsků největší. Je-li únosná půda ve velké hloubce, musíme použít jiného způsobu zakládání než plošného, např. pilotových základů Založení příček Základy pod příčkami obvykle nevyžadují žádné zvláštní úpravy, poněvadž nezatěžují podloží tak velkým tlakem. Pod tenkými příčkami do 125 mm vkládáme do podkladního betonu jen pás svařované sítě o šířce b 3d, b je šířka základu a d je tloušťka příčky. Pod příčkami v tloušťce nad 125 mm pak provádíme základové pásy s minimální hloubkou 300 mm a rozšířený pod příčkou v šířce 300 mm. Pro lepší roznášení do podloží se může použít i náběhů základů (123) -

77 Pozemní stavitelství II (S) M02 Obr. 3.8: Hloubka založení základové konstrukce: a) minimální hloubka založení, b) hloubka v celistvých zeminách, c) hloubka při výskytu podzemní vody, d) minimální hloubka pod vnitřními nosnými stěnami. 3.2 Základy hlubinné (vertikální) Za hlubinné nebo hloubkové označujeme zakládání, při kterém se zatížení stavby přenáší do hlubších, únosnějších vrstev podzákladí pomocí vertikálních prvků, na kterých spočívají plošné základy. Používají se převážně tam, kde je málo únosná a značně stlačitelná, popřípadě zvodnělá základová půda nebo dostatečně únosná základová půda je ve velkých hloubkách. Mezi hlubinné základové konstrukce patří : piloty velkoprůměrové piloty ( šachtové pilíře ) studny skříně neboli kesony Studny a kesony se u nás nyní z ekonomického hlediska nepoužívají, nahrazují se v ojedinělých případech velkoprůměrovými pilotami (123) -

78 Navrhování základových konstrukcí Zakládání na pilotách Piloty jsou druhem hlubinných základů, tvořených prutovými (sloupovými) prvky, zabudovanými mechanicky do zeminy a přenášejícími zatížení stavby do hlubších vrstev základové půdy. Úkolem pilot je také podstatně zmenšovat sedání při nedostatečné únosnosti základové půdy. Použití pilotových základů se v pozemním stavitelství více rozšířilo s vzrůstající výstavbou výškových budov. Obecně lze piloty dělit podle mnoha kritérií. a) dělení pilot podle vzájemného vztahu (obr.3.9 část a): piloty osamělé - jsou tak daleko od sebe, že se vzájemně staticky neovlivňují (je třeba dodržovat určitou osovou vzdálenost), piloty skupinové - pilotový základ se skládá obvykle z několika pilot uspořádaných do skupin, ty přenášejí zatížení z plošného základu nebo pilotové hlavice do hluboko uložené málo stlačitelné vrstvy zeminy. b) podle způsobu přenášení do únosné zeminy (obr.3.9 část b) opřené piloty - přenášejí zatížení stavby přímo do únosné vrstvy, kde se opírají špičkou o únosnější podloží (obvykle skalní), vetknuté piloty - zatížení přenášejí odporem špičky i třením na plášti (nejčastěji používané typy), plovoucí piloty - nezasahují do únosné zeminy, jsou zabudované celou délkou v méně únosné zemině, do které přenášejí zatížení pouze plášťovým třením (svým dříkem). c) podle způsobu namáhání (obr. 3.9 část c) ): tlačené piloty - jsou namáhané tlakem, tahové piloty - přenášejí zatížení do zeminy nebo horniny pláštěm nebo rozšířeným koncem;šikmé piloty - zachycují vodorovná zatížení, piloty namáhané ohybem - zachycují zatížení působící vodorovně nebo šikmo k podélné ose piloty, piloty namáhané na vzpěr jsou zčásti obklopeny vodou nebo vzduchem. Vodorovné namáhání pilot je podstatně menší než svislé (123) -

79 Pozemní stavitelství II (S) M02 Obr. 3.9: Dělení pilot podle: a) vzájemného vztahu, b) způsobu přenášení zatížení, c) způsobu namáhání: - 80 (123) -

80 Navrhování základových konstrukcí d) podle druhu materiálu: dřevěné piloty(viz obr část a) ) železobetonové piloty (obr část b) ) piloty z předpjatého betonu (obr.3.10 část c) ) ocelové piloty(obr. 3.11) e) podle příčného rozměru rozlišujeme piloty: maloprůměrové do max. příčného rozměru 0,60 m (0,50m), velkoprůměrové, mikropiloty (kořenové piloty, kotvy). f) podle výrobního postupu: prefabrikované vháněné beraněním, prefabrikované vháněné vibrováním, prefabrikované vháněné zatlačováním, prefabrikované vháněné vplachováním, prefabrikované vháněné šroubováním, zhotovené na místě vrtáním, zhotovené na místě předrážením, zhotovené na místě pomocí drapáků, zhotovené na místě speciálními technologiemi. Obr. 3.11: Tvary ocelových pilot. Technologické postupy výroby: Technologické postupy výroby se během posledních let velmi rozvíjely. Dnes ve světě existuje více než 200 patentů pro speciální technologii výroby pilot (123) -

81 Pozemní stavitelství II (S) M02 Obr. 3.10: Druhy pilot: a) dřevěné piloty opracování a kování, b)železobetonová pilota, c) dutá železobetonová prefabrikovaná pilota (123) -

82 Navrhování základových konstrukcí a) Dřevěné piloty Velkou výhodou dřevěných pilot je jich snadné beranění, vysoká pevnost dřeva v tlaku a v tahu, dřevo je odolné proti agresivnímu prostředí, má snadné zkracování, nadstavování a dlouhou životnost pod vodou. Nevýhoda, časté zničení piloty při beranění do těžších zemin a hnití pilot při kolísání hladiny podzemní vody. Dřevo na piloty musí vyhovovat. Nejčastěji se používají dřeviny : smrk, jedle, borovice, modřín. Nejvýhodnější je však dub. Nejčastější průměr dřevěné piloty je 0,25 m a délka 1 kusu kolem 6 m. Úprava špičky, botky a zděře dřevěné piloty je na obr. 37. Špička piloty se otesává do tvaru čtyřbokého jehlanu a oková se ocelovou botkou, která má zabránit roztřepení při beranění. Zděř (horní část piloty) se musí okosit a opatřit ocelovým páskem. Pokud bude pilota vyčnívat nad hladinu podzemní vody, měla by být impregnována. b) Železobetonové prefabrikované piloty Jsou to nejčastěji používané piloty. Železobetonové prefabrikované piloty jsou sloupy ze silně vyztuženého betonu, často i vodotěsného, aby se zlepšila trvanlivost. Rozeznáváme masivní železobetonové piloty, duté piloty a předpjaté piloty. Používají se do délek až 60 m. Výhodou prefabrikovaných železobetonových pilot je snadné beranění, pilotu lze až 2x nadstavit. Nevýhodou je nutná ochrana v agresivním prostředí. Příklady železobetonových pilot jsou znázorněny na obr. 3.10, část b). c) Duté železobetonové prefabrikované piloty (obr. 3.10, část c) Mohou být beraněné do soudržných zemin (zemina se nevytěžuje) a prováděné vyplachováním do štěrků a písků. V tuhých jílech mají malou únosnost proto se nahrazují raději ocelovými trubními pilotami. d) Předpjaté a předem předpjaté železobetonové piloty Mohou být různých průřezů - čtvercové, šestiúhelníkové, kruhové i osmiúhelníkové. Předpjaté piloty mohou mít délku do 25 m a dostatečně předpjaté se nadstavují po 5 m až do délky 40 m (123) -

83 Pozemní stavitelství II (S) M02 e) Předrážené piloty Jsou to sloupy betonované do otvorů předem předrážených do zeminy. Otvory jsou předráženy pomocí výpažnice, která se vytahuje ven. U nás se tímto způsobem provádí např. pilota Franki. f) Výpažnicové piloty U nás méně používané. Jsou to sloupy, které se betonují do výpažnic, zůstávajících v zemině. Výpažnice se razí zvláštními technologiemi (např. pilota Raymond). g) Ocelové piloty Vyrábějí se z tvarovaných ocelí nebo trub. Příklad je uveden na obr h) Železobetonové piloty zhotovované na místě Mohou být zhotovovány jako pažené nebo nepažené. Nejčastěji se provádějí vrtáním. Minimální průměr mají 0,25 m a maximální až 6 m; u nás jen 3 m. Vrtané piloty jsou buď betonové nebo železobetonové a mohou být po celé délce stejného průřezu nebo v hlavě i v patě rozšířené. Nejznámější technologie prováděná u nás je systém BENOTO a pilota WOLFSHOLZ Mikropiloty Poslední dobou se často používají mikropiloty (také kořenové piloty) pro různé způsoby založení. Jde o ocelové trubky, jejichž vnější průměr se pohybuje kolem 80mm, někdy ale i 250 mm. Jsou perforovány - děrovány, při čemž jsou otvory zakryty manžetami z umělé hmoty. Otvory slouží k proinjektování okolí těchto pilot. Vkládají se do předvrtaných otvorů větších průměrů, jak je na obr. 39. Únosnost jednotlivé piloty je značná, závisí na vhodném proinjektování kořene (asi 120 až 150 kn - podle průměru). Často se používají k podchycení budov. Je možno je provádět i šikmo. Pro proinjektování mikropilot platí stejné zásady a metody výroby vycházejí z tohoto postupu: - 84 (123) -

84 Navrhování základových konstrukcí vyhloubení vrtu, vyplnění vrtu cementovou zálivkou, zapuštění kotvy (tyčové, drátové, pramencové) do vrtu, injektování kořenové části, napnutí kotvy a případné provedení její ochrany proti korozi. Příklady použití mikropilot jsou na obr Obr. 3.12: Mikropiloty a) mikropiloty a injektabilní kotva, b) mikropiloty ( zhotovené podle Verfla ) 1. provedení vrtu, 2. vložení trubky nebo výztuže, 3. tlaková injektáž kořene a betonování, 4. hotová mikropilota (123) -

85 Pozemní stavitelství II (S) M Velkoprůměrové piloty (dříve šachtové pilíře) Používají se jako piloty osamělé, zpravidla nahrazují celou skupinu pilot. Dnes se provádějí vrtané (dříve kopané), ze železobetonu, případně jako spřažené s ocelovou výpažnicí oboustranně obetonovanou. Průměr pilot je 600 až mm. Dříve mohly být i vyzdívané z řídkého kamenného zdiva na maltu z hydraulického vápna, vzdáleny od sebe 3-4 m a spojovány navzájem kladenými pásy nebo betonovými průvlaky. Zdění bylo prováděno do úzkých hlubokých kopaných výkopových jam a tím taky bylo ušetřeno nákladných výkopových prací, které by bylo nutno provést pod pásovými základy Studňové zakládání Studně jsou konstrukce válcovitého nebo hranolovitého tvaru, dole i nahoře otevřené. Zatížení stavby se studněmi se přenáší na hlouběji uložené únosné vrstvy, skálu apod. Do zeminy se spouštějí podhrabáváním ( obr.3.13). Dnes je toto zakládání plně nahrazeno velkoprůměrovými pilotami nebo i např. mikropilotami. Obr. 3.13: Způsoby zakládání na studních a) zděných, b) železobetonových (123) -

86 Navrhování základových konstrukcí Studňové zakládání se používá: je-li zemina v podloží lehce rozpojitelná a umožňuje dobře spouštění studně, ve stísněných poměrech - historická zástavba, kde nelze beranit ani vrtat, je-li u osamělých základů s velkým zatížením nežádoucí přítok vody. Tvary průřezů základových studní mohou být čtvercové, obdélníkové a nejčastěji kruhové. Výhodou studňového zakládání je, že uzavřený profil zajišťuje malé namáhání stěny a minimální plášťové tření. Pracovní postup při studňovém zakládání, zhotovení studně na terénu: 1. spouštění studně a vybírání zeminy (nejčastěji drapákem), 2. vybetonování dna, 3. zhotovení vlastního základu objektu. Studna se může spouštět z nasypaného štěrkopískového ostrůvku uprostřed řeky, např. při zakládání pilíře mostu. Během spouštění studny a vybírání zeminy, je stále nutné kontrolovat pohyb zeminy a podzemní vody v okolí břitů obvodových stěn, v nichž dochází nejčastěji k prolomení půdy. Dále je třeba stále kontrolovat svislost spouštění. 3.3 Jak zakládat budovy Tvary základových konstrukcí, statický návrh a podmínky při zakládání jsem popsala v předcházejících kapitolách. Poloha a tvar základů závisí také na požadavcích kladených na horní stavbu. Podle typu a podmínek stavby rozlišujeme: spodní stavbu budov nepodsklepených a spodní stavbu budov podsklepených. Dále je nutné vědět, jak propojit základové konstrukce do jednoho ztužujícího celku, pokud má budova podsklepenou jen část půdorysu. K založení spodní stavby také patří založení doplňkových konstrukcí, jako jsou např.: osvětlovací a větrací šachty, shozy na uhlí (123) -

87 Pozemní stavitelství II (S) M02 Zvláštní úpravy horizontálních základů se vyskytují především při změně úrovně základové spáry, při zakládání blízkých staveb a při zakládání předložených schodišť. V každém případě je nutno se zabývat také problémy vodorovných a svislých hydroizolací proti účinkům spodní vody a zemní vlhkosti Jak založit nepodsklepenou budovu Stavby bez podzemního podlaží přinášejí značnou ekonomickou i technologickou úsporu, ale mají některé technické problémy. Vynecháním podzemního podlaží se zvětší stlačení podloží základů o tíhu zeminy, která je při podsklepení vykopána. Stlačení se proto vyrovnává zhutněným štěrkopískovým podsypem. Pokud by bylo stlačení značné, je nutné volit jiný způsob zakládání. Štěrkopísková vrstva také vyrovnává druhý problém a to je promrzání podlahových konstrukcí při nepodsklepení. Z plochy pod budovou musí být dokonale odvedena voda, oddrenážováním, aby při nepropustné spodní vrstvě tam nezamrzala. Pásové základy z prostého betonu se hodí dobře jen pro velmi dobrou, málo stlačitelnou a stejnorodou základovou půdu a volí se nejčastěji tvaru obdélníkového nebo obráceného T. Železobetonové pásy jsou pak voleny pro nestejnoměrně stlačitelnou půdu a méně tuhé nadzemní konstrukce (obr a, b). Je-li v podloží únosná základová půda až v hloubce 1,5 m až 2,5 m pod povrchem, navrhuje se nad základovým pásem betonová slabě vyztužená stěna až po terén, která lépe odolá smršťování materiálu, tepelným změnám a tlaku zeminy (obr b). Základový pás pak může být poměrně úzký. Skeletové konstrukce zakládáme při únosných a méně stlačitelných zeminách na základových patkách. Potom jejich obvodové pláště ( nenosné obvodové stěny) jsou zakládány na překladech (základových trámech), obr b, c. Konstrukce nad základy se u nepodsklepených budov většinou neizolují. Provádějí se z materiálů odolných proti působení zemní vlhkosti. Vodorovná hydroizolace se ukládá až pod podlahu a pod obvodovou stěnu, aby působila jen proti vzlínání zemní vlhkosti. Na styku s obvodovou konstrukcí je nutno izolaci zatěsnit nebo provést obklad svislé stěny. Podlahy u nepodsklepených budov se musí zateplovat (123) -

88 Navrhování základových konstrukcí Obr. 3.14: Spodní stavba nepodsklepené budovy: a) založení na základových pásech z prostého betonu, b) založení na základovém pásu ze železobetonu a slabě vyztužené podzemní stěně, c) skelet založený na základové patce a obvodový plášť uložený na základových překladech (trámech), d) skelet založený na prefabrikované základové patce kalichové. Malé, nízké bytové a jiné stavby bez podzemního podlaží lze při dostatečně únosné a nenamrzavé půdě v malé hloubce pod terénem založit na tenké železobetonové desce i nad zámrznou hloubkou. Musíme ale použít štěrkopískových polštářů (obr. 3.15). Výhodou je minimální objem výkopu, jednoduché provádění s minimálním nasazením mechanizace a jednoduchou betonáží. Nevýhodou je mokrý proces a značná pracnost na staveništi. Tento způsob vyžaduje dokonale izolované podlahové vrstvy a oddrenážování štěrkopískových polštářů po obvodě stavby. Drenáže se musí napojit na kanalizaci (123) -

89 Pozemní stavitelství II (S) M02 Obr. 3.15: Založení nízké stavby na železobetonové desce s štěrkopískovým polštářem: a) rovná železobetonová deska, b) rovná železobetonová deska se spodním výztužným žebrem po obvodu, c) deska se spodním výztužným žebrem obvodovým a středním ztužujícím; Na obr je znázorněno nejvhodnější způsob zateplení základové konstrukce a podlahy nepodsklepené budovy podle ČSN Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích Výpočet tepelných toků a povrchových teplot a ČSN Tepelné chování budov Přenos tepla zeminou. Podrobnosti o výpočtech řeší jmenované normy (123) -

90 Navrhování základových konstrukcí Obr. 3.16: Zateplení nepodsklepené budovy Jak založit zcela podsklepenou budovu Stěny spodní stavby musí splňovat požadavky stability a účinků zemního tlaku. Podzemní části budovy je nutno chránit před účinky vlhkosti, hydroizolací. Spodní stavba se také může nacházet i pod hladinou spodní vody. Stabilitu podzemních stěn zajišťuje hmotnost celé konstrukce ( stěny a stropy). Zemní tlak je třeba uvažovat při větší výšce stěny pod zeminou než 2,0 m a nebo na svažitém terénu. Tloušťka suterénních zdí je obvykle 450 mm. Zdivo by mělo být nejlépe provedeno z plných pálených cihel (obr a). U skeletů pak zdivo má jen výplňovou funkci, provádí se z plných pálených cihel (obr b) nebo jako betonová stěna vyztužená nebo nevyztužená. Zakládání podsklepené budovy je na obr a,b. Svislá izolace proti zemní vlhkosti je přilepena k suterénní zdi a kryta izolační přizdívkou z plných ostře pálených cihel v tloušťce 150 mm a je spojena nejlépe cementovou maltou. Moderním řešením je použití hydroizolací plastových na svislé stěny, bez použití přizdívky, jen se zhutněným zásypem kolem svislé stěny, zásyp je nutno oddrenážovat. Viz kap hydroizolace (123) -

91 Pozemní stavitelství II (S) M02 Obr. 3.17: Založení spodní stavby podsklepené budovy : a) stěnový konstrukční systém, b) skeletová konstrukce. Šipky v případě a) zobrazují působení zemního tlaku na stěnu Jak založit budovu částečně podsklepenou Budovy částečně podsklepené vyžadují spojení základů o různých výškových úrovních tak, aby vznikl jeden tuhý celek. Problémem však je zatížení. Budova podsklepená více zatěžuje základovou půdu, kdežto budova nepodsklepená méně. Při tuhém spojení základů dochází alespoň k rovnoměrnému sedání. Pokud je zemina více stlačitelná a méně únosná může však dojít ke vážným poruchám. Napojení základů se provádí při větší výšce převýšení než 1,50 m (podle druhu zeminy) u základů z prostého betonu stupňovitě nebo zešikmením pásu (obr a, b). U železobetonu se používá náběhů, popřípadě i základy z prostého betonu můžeme spojovat náběhem, do něhož vložíme výztuž (obr c) (123) -

92 Navrhování základových konstrukcí Stupně nebo náběhy se provádí pod úhlem, pod nímž se roznáší zatížení ve hmotě základů. Z prostého betonu je to úhel 45 a u železobetonu je to 35. Výška stupňování se doporučuje do 600 mm. Obr. 3.18: Zakládání při změně úrovně základové spáry: a) spojení základových pásů nenosných stěn o různých úrovních, pomocí zešikmení, b) napojení základových pásů různých úrovní pomocí odstupňování, c) napojení kolmých základových pásů z prostého betonu vložením výztuže, nebo napojení železobetonových pásů Zakládání řadových domů Umístění staveb musí být v souladu s vyhláškou Ministerstva pro místní rozvoj č. 137/1998 Sb., O obecných požadavcích na výstavbu. Základ stavby nesmí zasahovat na sousední pozemek. Základ podle tohoto požadavku vychází excentricky zatížený a podloží je namáháno nerovnoměrně. Stavíme-li novostavbu, je nutné, aby základy byly ve stejné hloubce. Základy nové stavby zatěžují podloží nejen pod vlastním půdorysem, ale i pod přilehlou částí sousední stavby, kde se zatížení sčítají. Proto nově postavená stavba může způsobit dodatečné sedání staré stavby, hlavně v případech, vyskytuje-li se v podloží stlačitelná zemina. Příklad správně a nesprávně založené stavby je na obr a1, a (123) -

93 Pozemní stavitelství II (S) M02 Další příklady excentrického zatížení základové půdy jsou na obr b1, b2. Vždy je nutné budovy od sebe oddělit dostatečně širokými dilatačními spárami, aby nedocházelo při nerovnoměrném sedání i k poškození stěn. Zabránit poškození staveb na hranici pozemku, můžeme několika způsoby: V případě, že založíme novostavbu níže než stávající stavbu, je vhodné použít odsazení konstrukce základů tak, aby byly zatíženy centricky, což předpokládá vhodnou úpravu i horní stavby, viz obr b1. Druhý případ je vhodnou úpravou stávajícího základu se dostaneme na stejnou základovou spáru. Obr b2 úprava je podbetonování stávajícího základu. Můžeme ale také použít zpevnění podloží stávajícího základu mikropilotami. Opačným příkladem je nová stavba, která bude nepodsklepená a stávající stavba s podsklepením. Základy je opět nejlépe odsadit, tak aby se neovlivňovaly navzájem ( obr c2). Pokud není možné odsazení, potom podbetonujeme nejbližší základ ke stávajícímu, na stejnou úroveň základové spáry (obr c1) (123) -

94 Navrhování základových konstrukcí Obr. 3.19: Zakládání sousedících budov: a1) novostavba nesprávně založena na hranici pozemku hlouběji než sousední stavba, a2) správné založení novostavby, b1) novostavba založena na hranici pozemku hlouběji než sousední stavba, b2 )prohloubení stávajícího základu, c1) novostavba založena mělčeji než sousední stavba, c2) založení odsunutě od hranice pozemku, d1) vyznačení nutných vzdáleností pro blízké základy, d2) kanalizační rýha probíhající v blízkosti základu, d3 základy částečně podsklepené budovy (123) -

95 Pozemní stavitelství II (S) M Zakládání doplňujících částí staveb Mezi doplňující části staveb patří vnější části budov jako jsou předložené a terénní schody, osvětlovací a větrací šachty, shozy na palivo, atd. Takové konstrukce staticky nespolupůsobí s konstrukcí vlastní stavby, zatěžují základovou půdu samostatně a mnohem méně sedají, protože mají menší vlastní váhu. Návaznost je nutné vždy vyřešit, abychom předešly jejich možnému porušení. Doporučují se tyto konstrukční úpravy : konstrukce je s budovou spojena kloubově, konstrukce je od stavby oddělena posuvnou dilatační spárou, konstrukce je na společném, rozšířeném základu (konzole), potom společně se stavbou sedá. V prvním a druhém případu jsou konstrukce odděleny od budovy, proto sedají samostatně Založení předloženého a terénního schodiště 1. Předložená schodiště provádíme kloubově spojena s budovou. Stojí na samostatném základu a s budovou je spojeno zalomenou podestovou předloženou deskou. Základ musí být proveden do nezámrzné hloubky (obr a). 2. Konstrukční úprava, kdy je schodiště od stavby odděleno posuvnou dilatační spárou se provádí při větším počtu předložených stupňů. Stupně jsou - 96 (123) -

96 Navrhování základových konstrukcí založeny na nízkém základu s podsypem a podporují je na obou stranách schodišťové stěny na samostatných základech (obr b). 3. Malé počty stupňů můžeme založit na konzolové železobetonové desce (obr c), která umožňuje společné sedání se stavbou. 4. Terénní schodiště nejčastěji zakládáme po obou stranách do betonového základu a stupně podsypáváme zhutněným štěrkopískem viz obr d. Obr. 3.20: Základy předložených a terénních schodišť: a)schodiště předložené, kloubově spojené s budovou, b)předložené schodiště oddělené od budovy dilatační spárou, c)schodiště na konzole vyložené ze stavby, d)schodiště terénní Založení osvětlovacích a větracích šachet Pro lepší větrání a osvětlení suterénních místností používáme větrací a osvětlovací šachty. Provádíme je izolované nebo neizolované, pro které používáme nejlépe vodě odolných betonů. Jejich základy zakládáme následujícími způsoby (obr. 3.21) (123) -

97 Pozemní stavitelství II (S) M02 Obr. 3.21: Založení osvětlovacích a větracích šachet : a) oddělení šachty od budovy dělící posuvnou dilatační spárou, b) šachtu vynáší železobetonová konzola, neizolovaná, c) šachta založená na rozšířeném základu stavby, d) šachtu vynáší železobetonová konzola, izolovaná, e) shoz na palivo, f) plastový světlík (123) -

98 Navrhování základových konstrukcí 1. Osvětlovací šachty mohou být odděleny od budovy dělící posuvnou dilatační spárou. Tento případ požijeme v únosných zeminách a při větší velikosti šachet. Šachtu zakládáme na rostlé zemině a je vhodné ji provést až po dokončení budovy, když už proběhlo sednutí stavby (obr a). 2. V druhém případě, pokud je zemina málo únosná, velmi stlačitelná nebo zakládáme-li na násypu, spojujeme šachty s obvodovou stěnou konzolově vyloženou železobetonovou deskou (obr b, d). Tato vyložená konstrukce sedá společně s budovou. Je ji nutné podsypat zhutněnou vrstvou štěrkopísku, aby se nezlomila při nerovnoměrném sedání. 3. Větrací šachty lze prohloubit tak, aby byly založeny na společném základu se stavbou (obr c), nevýhodou je velká hloubka šachty. 4. Základy shozů na palivo provádím nejčastěji z monolitického betonu, prováděného do štěrkopískového lože obr e). 5. Novějším způsobem pro osvětlení a větrání suterénních místností je použití plastových světlíků, pokládaných do prostého betonu (obr f). Ve všech případech musíme vyřešit odvod vody ze světlíku buď do kanalizace nebo trativodem (123) -

99 Hydroizolace spodní stavby 4 Hydroizolace spodní stavby Návrh a provádění hydroizolací úzce souvisí se základovými konstrukcemi. Jejich realizace je jednou z nejnáročnějších a nejdůležitějších stavebních konstrukcí, chránících spodní stavbu před účinky spodní vody a dalším vlivům okolního prostředí, jako je například korozní namáhání stavby ( agresivní voda, bludné proudy,..), chemicky znečistěné horninové a půdní prostředí kolem objektu a zatížení stavby radonem z podloží. Hydroizolace musí stavbu ochránit proti všem vlivům dohromady a musí být funkční po celou dobu životnosti stavby, protože je po zabudování těžce přístupná. Opravy jsou u izolací často nemožné. Nejstarší materiály k ochraně staveb proti vlhkosti byly asfalty. 4.1 Ochrana staveb proti vlhkosti Ochrana staveb se musí navrhovat a musí splňovat normu ČSN Hydroizolace staveb - Základní ustanovení, ČSN Hydroizolace staveb Povlakové hydroizolace Základní ustanovení (2000), ČSN Hydroizolace staveb Izolace asfaltové, ČSN Hydroizolace staveb Izolace z měkčeného polyvinylchloridu a pryží ( 1988), ČSN Ochrana staveb proti radonu z podloží (2000). Ochrana staveb vychází z hydrofyzikálních principů [převzato z lit ]: Hydrofyzikální zatížení staveb Na stavební objekty může působit atmosférická, povrchová, podpovrchová a provozní voda. Voda atmosférická a povrchová působí na nadzemní část stavby z vnější strany, voda podpovrchová na spodní část stavby z vnější strany, voda provozní ovlivňuje zpravidla stavební konstrukci z vnitřní strany. Pod termín voda atmosférická je zahrnována vlhkost ovzduší a srážková voda. Pod termín voda povrchová náleží voda stékající po povrchu území a voda v tocích i nádržích. Pod termín voda podpovrchová se zahrnuje zemní vlhkost, (123) -

100 Pozemní stavitelství II (S) M02 gravitační a podzemní voda. Pod termín voda provozní spadá vlhkost vzduchu ovlivněná provozem, voda kondenzovaná na povrchu i uvnitř konstrukcí, voda stékající po vnitřních a vnějších površích konstrukcí a voda v bazénech. Poznámka: Z hlediska kvality, případně kvantity hydrofyzikální expozice stavby kapalnou vodou se někdy rozlišují formy výskytu kapalné vody bez ohledu k jejímu původu, a to: - vlhkost - voda stékající po povrchu konstrukcí či prosakující pórovitým prostředím vlivem gravitace - voda působící hydrostatickým tlakem Hydroizolační principy Hydroizolační principy jsou přímé a nepřímé. Vnikání vody do stavební konstrukce či chráněného, popř. vnitřního prostředí, lze zamezit nebo mu bránit různými způsoby. založenými na fyzikálních i konstrukčních principech. V obecném pohledu lze k přímé hydroizolační funkci použít polyfunkční či monofunkční stavební materiály: - hydrofobizaci, - injektáž či infúzi, - vzduchové vrstvy, - hydroakumulační efekt konstrukce, - elektrokinetické metody či tvarové řešení styků konstrukce i způsob jejich těsnění. Za nepřímé hydroizolační principy se pokládají: - výběr prostředí (staveniště), - tvar objektu či konstrukce, - umístění objektu či konstrukce v prostředí, - odvodnění či úprava prostředí, - dispoziční řešení a povrchová teplota, - průběh teploty v konstrukci (123) -

101 Hydroizolace spodní stavby V reálné stavební praxi se lze setkat s velmi různým uplatněním výše uvedených hydroizolacních principů, a to jednotlivě i v kombinacích. Některé principy jsou staré jako stavitelství samo, jiné se rozvíjejí v posledním období v souvislosti s obecným rozvojem techniky. Příklad hydrofyzikální expozice stavby je na obr.4.1. Ochrana vnější podzemní stěnové konstrukce Horninové prostředí obklopující podzemí objektu obsahuje vždy vodu, a to zejména ve formě zemní vlhkosti. V nekapilárních pórech se lze v období infiltrace srážek a těsně po ní setkat s vodou prosakující z povrchu terénu do horninového prostředí, tedy s vodou gravitační. Objekt může také zasahovat pod hladinu podzemní vody. O konkrétní míře hydrofyzikální expozice podzemních stěnových konstrukcí rozhodují různé faktory, například úprava povrchu terénu ovlivňující infiltraci, vlastnosti horninového prostředí, zejména zrnitostní složení, ovlivňující míru propustnosti, dále puklinatost, vrstevnatost a další. V soudržných horninách, které lze hodnotit jako nepropustné, ovlivňuje hydrofyzikální expozici i způsob odvodnění stavební jámy. Spolehlivou ochranu podzemních stěnových konstrukcí při libovolném hydroizolačním zatížení představují povlakové izolace, tedy princip izolace monofunkční izolační vrstvou. Tyto vrstvy lze vytvořit natolik nepropustné, že podpovrchová voda v kapalném skupenství neovlivňuje přímo vlhkostní stav chráněných stěn ani vnitřních prostor. Chceme-li dosáhnout hydroizolačního efektu podzemní stěny použitím polyfunkčního materiálu, je zapotřebí rozlišovat míru získaného hydroizolačniho účinku ve vztahu k působícímu hydroizolačnímu zatížení. Kapilárně porézní charakter většiny reálných staviv způsobuje větší či menši transport vlhkosti skrze stěnu do chráněného či vnitřního prostředí. Dosáhnout absolutního hydroizolačního účinku, anebo tak omezeného vlhkostního toku, aby se vnitřní povrch stěny jevil jako suchý, je obtížné materiálové i technologicky, a tím i finančně, zejména je-li stěna vystavena hydrostatickému tlaku. Zkušenost ukazuje, že problém kondenzace vodní páry v podzemních stěnových konstrukcích není akutní. Na této okolnosti se patrně podílí i skutečnost, že parciální tlaky vodní páry jsou jak v horninovém prostředí, tak v podzemních prostorách objektů bez vnitřních zdrojů vlhkosti podobné. Za závažnější problém lze pokládat výskyt povrchových kondenzací, ke kterým dochází v důsledku dynamického kolísání teplot a vlhkosti vnějšího vzduchu, pronikajícího větráním do podzemních prostor (123) -

102 Pozemní stavitelství II (S) M02 Podrobnější vysvětlení v lit Obr 4.1: Hydrofyzikální expozice stavby [převzato z lit ] A - Namáhání vlhkostí přilehlého pórovitého prostředí (zemní vlhkost). B1- Namáhání vodou prosakující přilehlým pórovitým prostředím (gravitační voda prosakující od povrchu terénu horninovým prostředím kolem vertikálních ploch podzemních části budov) (123) -

103 Hydroizolace spodní stavby B2- Namáhání vodou prosakující přilehlým pórovitým prostředím a stékající po povrchu konstrukcí (voda prosakující od povrchu terénu a voda stékající kolem vertikálních ploch podzemí budovy z výše umístěných ploch horizontálních). C1- Namáháni gravitační vodou hromadící se na horizontálních plochách podzemních konstrukcí. C2- Namáhání vodou prosakující přilehlým pórovitým prostředím a zasakující pod vodorovné konstrukce. D. Namáhání tlakovou podzemní vodou. E. Namáhání tlakovou vodou vzniklou hromaděním vody v zásypech stavební jámy. F. Namáháni srážkovou povrchovou a odstřikující vodou. 4.2 Druhy izolací Stavby je nutné chránit proti pronikání vlhkosti do konstrukce. V hydroizolační technice se rozlišuje pojem vlhkost na vlhkostní účinek v plynném stavu (vodní pára) a ve stavu kapalném.(voda). Podle toho se rozlišuje účinek ochranných materiálů pro vodu nebo pro vodní páru, popřípadě pro obojí. Pro hydroizolace spodní stavby se dnes používají izolační technologie a podle nich rozeznáváme izolace: 1. bezpovlakové - nátěry, nátěrové stěrky, nástřikové hmoty, 2. povlakové - asfaltové pásy - fólie (polymerní fólie), 3. dodatečné vkládání izolací 4. přírodní izolační systémy Bezpovlakové izolace Nátěry a nátěrové stěrky, nástřikové hmoty Mezi tuto skupinu materiálů patří asfalty, asfaltové laky, penetrační nátěry, asfaltové emulze a suspenze, stěrky a dále neživičné nátěry (123) -

104 Pozemní stavitelství II (S) M02 Asfalty jsou nátěrové materiály, které mohou vznikat jako vedlejší produkt při zpracování ropy nebo přírodní forma, která je chemická složena z netěkavých uhlovodíků. K nátěrům se využívají z hlediska velké roztažnosti a odolnosti nízkým i vysokým teplotám. Nátěry roztavenými asfalty vyžadují vysokých teplot až 200 C, což je nebezpečné, proto se aplikují ve formě ředěné různými rozpouštědly ve formě laků a penetračních nátěrů. K izolacím na vlhký povrch konstrukcí se mohou použít asfaltové emulze a asfaltové suspenze. Asfaltové emulze jsou směsi rozptýleného asfaltu, latexu, přírodního kaučuku a vody. Asfaltové suspenze obsahují ještě navíc minerální plnivo a popřípadě i barevné pigmenty. Živičné stěrky se zpracovávají za horka. Nanášejí se štětci, stříkáním nebo litím. Jako ochranu betonů a omítek můžeme použít taky neživičných nátěrů na bázi silikonů. Ty zlepšují vlastnosti omítek, především odpuzují vodu, zvyšují odolnost povrchu vůči povětrnosti a tím prodlužují životnost stavby. Podobně taky hydrofobizační nátěry zajišťují vodo odpuzující impregnaci nasákavých podkladů Průzkum staveniště se doporučuje umístit mezi působící vodní prostředí a chráněnou stavební konstrukci. Povlakové hydroizolace dále dělíme na: - asfaltové pásy - fólie (polymerní, pryžové fólie,..) Asfaltové izolační pásy V současné době se k izolaci spodní stavby používají hydroizolační živičné pásy. Je jich mnoho druhů, lišící se od sebe vlastnostmi, tloušťkou, nosnou vložkou a povrchovou úpravou. Nejčastěji se používají pásy s vložkou, která má zajistit vyšší pevnost v tlaku a vyšší odolnost proti trhlinám (123) -

105 Hydroizolace spodní stavby Izolační pásy se skládají z nosné vložky a ochranných krycích vrstvy pásu - horní a spodní. Typy asfaltových pásů (A,R,S), tloušťky krycí vrstvy, připevňování k podkladu a použití najdeme v tabulce Tab Tabulka 4.1: Typy asfaltových pásů typ pásu A R S vložka pásu tloušťka krycí vrstvy připevnění papírová nebo hadrová lepenka, přírodní vlákna-juta, skelné tkaniny skelné rohože skelné rohože, polyesterové rohože, kovové vložky (hliník, měď), plastové vložky jen impregnované asfaltem - nemají krycí vrstvu, jsou nasákavé oboustranně impregnovaná asfaltem, do 1 mm, celková tl. 2,5 mm nad 1 mm, celková tl. 3,0 5,0 mm k podkladu asfaltovým nátěrem asfaltovým nátěrem natavením plamenem nebo horkým vzduchem použití pomocná hydroizolace, separační vrstva separační vrstva hydroizolace spodní stavby Podle způsobu výroby se dělí asfaltové pásy na: - pásy z oxidovaného asfaltu jsou natavitelné, mají nízký bod měknutí, malou životnost, nejsou odolné proti UV záření, - pásy z modifikovaného asfaltu - přidáním modifikátoru se zlepšují technické vlastnosti, hlavně životnost, odolnost proti UV záření. Používají se převážně dva typy, pásy APP-ataktický polypropylen a SBS-styrén butadien styrén, lišící se vlastnostmi. Dnes se používají i modifikované pásy SBS bez nosné vložky. Jsou tvárné a používají se k tvarování detailů pro svoji dobrou tažnost (123) -

106 Pozemní stavitelství II (S) M02 Pro hydroizolace spodních staveb používáme zásadně pásy typu S s vložkami kovovými a z polyesterových rohoží a tkanin a modifikované pásy APP, SBS. Pásy z oxidovaného asfaltu spíše nepoužíváme Fóliové hydroizolace (polymerní fólie) Mají vhodnější vlastnosti než asfaltové pásy, vysokou pevnost v tahu, vysokou tažnost a dokonalou vodotěsnost i proti tlakové vodě a dalším agresivním účinkům, jako například proti pronikání radonu, odolnost proti povětrnosti a stárnutí. Vlastnostmi se liší podle chemického složení fólií. Kladou se volně, buď se překrývají zatěžovací vrstvou nebo se k podkladu lepí. Spojování se provádí převážně horkým vzduchem, mohou se k podkladu kotvit i mechanicky. Podle materiálu se dělí na: - termoplastické fólie, např. měkčené PVC - termoplastické fólie s příměsí asfaltů - elastomerní fólie - termoplasticko-elastomerní fólie. Hydroizolační fólie podle konstrukce dělíme na: - nevyztužené, které jsou homogenní po celé délce. - vyztužené, vlastnosti se zlepšují vyztužením stejným materiálem (například výztužnou sítí). Mají vyšší tah, nižší průtažnost. - s vložkou, vyrábějí se s vložkami z polyesterových vláken nebo skelného rouna s krycími fóliemi. Vložky zajišťují rozměrovou stálost. - speciální, jsou převážně profilované (nopové). Ve spodní stavbě se používají k drenážním účelům. Fólie můžeme chránit proti mechanickému poškození geotextílií Dodatečné vkládání izolací Tato metoda se používá u starého zdiva s nefunkční nebo chybějící vodorovnou izolací. Vzlínání vlhkosti ve zdivu se zamezí prořezáním vodorovné spáry a dodatečným vložením izolační vrstvy (123) -

107 Hydroizolace spodní stavby Zdivo se prořezává speciální lanovou nebo kotoučovou pilou v ložných spárách v úsecích asi po jednom metru, do nich se vkládá izolační vrstva ve formě fólií, asfaltových pásů nebo desek (kovových - měděných, nerezových; sklolaminátových, polykarbonátových,..). Vytvořený prostor mezi izolací a zdivem se vyplní injektáží silikátovou směsí. Vložená izolace se vhodně napojí na vodorovnou izolaci podlahy, popřípadě na svislou izolaci obvodového zdiva a tak nevytvoří souvislá izolační vrstva po celé délce zdiva Přírodní izolační systémy Z ekologického hlediska se v posledních letech stále častěji začínají využívat pro stavební účely materiály na přírodní bázi. Mezi přírodní materiály pro zhotovení hydroizolací patří také jílovité minerály. Tyto absorpční hlinité minerály se nazývají bentonity, mají vysokou utěsňovací schopnost, protože váží vodu. Dnešní využití nejen ve stavebnictví je velmi široké. Těsnící schopnosti se využívá například při ochraně rybníků, nádrží a kanálů před nežádoucí ztrátou vody. Dále slouží k ochraně spodních vod a tím i ochraně životního prostředí při jejich použití k bezpečnému těsnění deponií a skládek různého odpadu, ale také jako druhotná hydroizolace do střech a podloží. Bentonit je materiál, který se skládá z jílovitého minerálu montmorillonitu, který dostal název podle francouzské obce Montmorillon, kde se začal těžit. Jeho naleziště se nalézají po celém světě, ale v různé kvalitě a o různém chemickém složení U nás se bentonit již těžil na severu Čech od roku 1953 a taky se vyvážel do celé Evropy. Použití tohoto materiálu ať už čistého nebo ve směsi s jinými zeminami je v geotechnice jako těsnící materiál pro vrty a pro skládky. V dnešní době se dováží speciálně upravovaný bentonit z USA Vlastnosti materiálu Bentonitový jíl (volclay) je uspořádán vrstevnatě, z extrémně malých šupinatých částic s iontovým nábojem (délky hrany asi 0, ). Těsnící účinek vzniká silným bobtnáním tak, že se molekuly vody uloží mezi šupinky materiálu a bentonit tím může zvětšit svůj objem až 15krát (123) -

108 Pozemní stavitelství II (S) M02 Mezi částicemi působí síly kladných a záporných nábojů. Molekuly vody jsou přitahovány do této struktury interakcí s kladnými a zápornými náboji. Jakmile se voda dostane do styku s materiálem, její molekuly se vklíní mezi částice bentonitu a oddělí je, čímž dojde k roztažení. Hydratované částice bentonitu nepropustí žádnou další tekutinu. Působením hydrostatického tlaku na bentonit se částice ještě více semknou a fungují jako kulový ventil (čím větší tlak, tím větší a účinnější utěsnění). V přírodě se vyskytují bentonity různé kvality a různého chemického složení. Známe sodný bentonit, draselný bentonit a vápenatý bentonit, ten se musí nejdříve výměnnou iontů přeměnit na bentonit sodný. Selektivně těžený bentonit je upravován homogenizací, aktivací, sušením a mletím. Nejvýhodnější vlastnosti má bentonit sodný (dovážený z USA- ze států Wyoming a Montany), obsahuje 90% jílovitého montmorillonitu. Má silnější bobtnací schopnost, nevzniká na jeho povrchu mazlavý film, ale vytváří na svém povrchu nepropustný hydroizolační gel, zůstává ve výrobcích (rohožích ) rovnoměrně rozprostřen a nevniká do geotextilních rohoží. Používá se v několika formách jako například sypaný granulovaný materiál, v kombinaci s geotextiliemi a s polyetylenovými fóliemi, také jako kartónové desky, ve formě těsnících pásků do pracovních spár. Ke spojování se může použít bentonitových tmelů a nátěrů Výhody materiálu U rohoží je výhodná odolnost vůči hydrostatickému tlaku, mají mimořádnou vodotěsnou spolehlivost, mají velmi rychlou reakci s čistou vodou, rohože jsou samoopravné, ve spojení s polyetylénovou membránou vzniká vysoká odolnost vůči proražení, rohož je odolná proti ultrafialovému záření, má odolnost proti radonu střední radonové riziko, rychlá a snadná instalace na čerstvý beton, bentonit zabraňuje pronikání vody mezi membránu a betonový povrch, nevyžaduje se základní nátěr a svařování teplem, teplota při instalaci je od-30 C do +55 C, velkou výhodou je minimální doba přípravy staveniště, (123) -

109 Hydroizolace spodní stavby ekologický materiál, je netoxický a šetrný vůči životnímu prostředí, očekávaná životnost rohoží je přes 100 let. Bentonitové membrány s HDPE fólií stavbu z hlediska zvyšování elektrické vodivosti okolí železobetonové konstrukce nepoškozují, naopak jsou výbornou kombinací kvalitní celoplošné sekundární ochrany, doplněné o schopnost eliminace pronikajícího vlhka způsobeného lokálním poškozením fólie Nevýhody materiálu Nehodí se ani do prostředí, znečistěného ropnými látkami. Není zcela vhodný ani pro ochranná pásma pitné vody, neboť obsahuje hlinku Druhy bentonitových hydroizolací Granulovaný bentonit předhydratovaný materiál, dodává se v suchém stavu, je nepropustný, vyžaduje zvlhčení na stavbě. Má lepší chemickou odolnost. Používá se k utěsňování dutin a výklenků, na zatěsnění spojů přechodů vodorovných a svislých izolací. Je ho také možno použít k zatěsnění spojů vodorovnými konstrukcemi. Bentonitové rohože (rouna) - bentonit sodný je umístěný mezi dvěmi vrstvami geotextílií. Vrchní vrstva je z tkané geotextilie, spodní vrstva je z netkané geotextilie. Spojení se spodní vrstvou je provedeno mechanicky spojovacími jehlami z polypropylenových vláken tak, aby se předhydratovaný materiál nepřesypával. Granulovaný bentonit nevniká do geotextílií, vlákna jej zachytí, aby při usazování rohoží do sklonu, byl stále rovnoměrně rozdělen po ploše a nesesouval se. Vlhkost proniká spodní propustnou vrstvou k bentonitu, rohože se tím stávají v každém místě nepropustné. Tkanina na vrchní straně zabraňuje roztažnosti, zachycuje tažné síly na nakloněných plochách. Rohože je možno lehce svinout pro přepravu. Rohože se překrývají na předepsaný přesah (100 až 300 mm dle typu konstrukce a rohože), do spojů se sype granulovaný materiál a kropením se přesahy spojí v nepropustný spoj. Může se použít k přichycení rohoží i hřebíků, protože vlastnosti bentonitu jsou samoopravitelné. Popřípadě se může použít posypu granulátem a následným vlhčením se průraz sám zacelí (123) -

110 Pozemní stavitelství II (S) M02 Rohože pro použití pod základovými deskami jsou kryty min. 150 mm železobetonu, rohože pro použití izolace stropů a tunelů vyžadují krycí vrstvu min. 200 mm betonu nebo 450 mm hutněné zeminy. Použití: Hydroizolace spodních staveb železobetonových konstrukcí,u těsnění základových konstrukcí jakéhokoliv tvaru, odvodňovacích příkopů, skládek, kompostérů, koupališť, golfových hřišť, usazovacích nádrží, pro těsnění skladů pohonných hmot, atd.. Obr. 4.2: Bentonitové rohože chráněny geotextíliemi. Hydroizolační membrána (dvojitá bentonitová rohož) - polyetylénová fólie HDPE a sodný bentonit jsou spolu laminovány tak, že vytváří tuhou membránu (viz obr. 4.3). Ta má dvojí těsnící schopnosti. PE fólie má primární funkci a bentonit sekundární těsnící funkci. Membrány se snadno instalují. Vlastnostmi se spojuje pevnost s chemickou odolností polyetylénu s vysokou hustotou (HDPE) a jeho odolnost vůči proražení s rozšířenými samotěsnícími vlastnostmi sodné bentonitové hlinky. Utěsňovány jsou tak i trhliny v betonu, vznikající smršťováním betonu. Provádění spojů je stejné jako u předchozích rohoží. Použití: Membrány se používají na celém světě k potlačení pronikání vody v podzemních prostorech všech typů budov a stavebních konstrukcí, jako jsou např. stěny pod úrovní terénu, desky pod stavbami, výkopy, podzemní komunikace, železnice a zakrytí tunelů. Můžeme je použít i jako izolaci proti tlakové vodě. S výhodou se doplňují s vodostavebným betonem říká se jim hnědé vany. Dokonale taky chrání před pronikáním radonu (střední radonové riziko). Dále se využívají pro svislé izolace při rekonstrukcích budov, jako přírodní materiál jsou vhodné i pro památkově chráněné objekty (123) -

111 Hydroizolace spodní stavby Obr. 4.3: Hydroizolační membrány. Těsnící vodotěsná ucpávka (tlaková ucpávka) je elastická rozpínavá páska do pracovních spár a dilatací, z čistého bentonitu sodného nebo z předem hydratovaného bentonitu sodného, upevněná tkaninami. Ve vodě bentonit nabobtná a jemné jeho částice se rozptylují do trhlin a dutin. Po proniknutí minerálu na takováto místa materiál vyvíjí tlak proti betonu a účinně brání pronikání vody. Účinnost těsnění se zvětšuje se vzrůstajícím hydrostatickým tlakem. Proces bobtnání může proběhnout i v opačném směru, aniž by tím byla narušena použitelnost ucpávky. Můžeme ji použít až do výšky vodního sloupce 33 m. Trhliny vzniklé například sedáním konstrukcí, nemají vliv na těsnění. Obr. 4.4: Těsnící vodotěsná ucpávka (123) -

112 Pozemní stavitelství II (S) M02 Volcly panely jsou takzvané panely z vlnitých kartonů vyplněných bentonitem. Kartony slouží jen jako nosné desky pro bentonit. Ukládají se s přesahem mm, v rozích, obloucích se jen ohnou a tak se jednoduše přizpůsobí konstrukčním tvarům podkladu. Musí být ve vodorovných plochách zality 50 mm hubeného betonu. Ve svislých konstrukcích se kotví ocelovými hřebíky s talířovými hmoždinkami. Ochrana se provádí přídavnou deskou z tvrzeného vlákna a musí být kolem proveden hutněný obsyp. Vodorovné izolace z membrán jsou pokládány s přesahy a přelepeny speciálními těsnícími elastickými rozpínavými páskami. Můžeme je použít na utěsňování základových betonových desek, hydroizolačních van, ale i do podlah nepodsklepených budov, teras a střech. U základových desek můžeme membrány klást přímo na zhutněné podsypy, nebo je sevřít mezi podkladní beton a základovou železobetonovou desku, kde velmi dobře zabraňují průniku vody. Další podrobnosti najdeme v [lit ]. 4.3 Provádění a navrhování izolací Hydroizolační ochranu staveb musíme navrhovat podle hydrofyzikální expozice objektu, způsobu provádění a materiálu spodní stavby, a na použitých hydroizolačních principech. Je nutné znát, zda je budova podsklepená nebo ne. Hydroizolační principy se musí navrhovat a musí splňovat normu ČSN Hydroizolace staveb - Základní ustanovení, ČSN Hydroizolace staveb Povlakové hydroizolace Základní ustanovení (2000), ČSN Hydroizolace staveb Izolace asfaltové, ČSN Hydroizolace staveb Izolace z měkčeného polyvinylchloridu a pryží ( 1988), ČSN Ochrana staveb proti radonu z podloží (2000). Materiály a dimenzování je nutné vybírat a navrhovat podle předcházejících norem. Následující tabulka uvádí minimální dimenzování hydroizolačních povlaků pro různé hodnoty hydrofyzikální expozice [převzato lit ] (123) -

113 Hydroizolace spodní stavby Poznámka: Kombinace povlaků z asfaltových pásů a fólií z měkčeného PVC je nekombinovatelé v jednom systému hydroizolační ochrany. Tab. 4.2 hydrofyzikální namáhání Zemní vlhkost Voda prosakující kolem konstrukcí Voda prosakující kolem konstrukcí a stékající po jejich povrchu Tlaková vodavoda hromadící se v zásypech stavební jámy Namáhání tlakovou podzemní vodou Je navrženo odvodnění prostředí Oblast dle obr A - B1 - B2, C1,C2, ne E ano B1, B2, C1, C2 ne D Způsob provádění svislé hydroizolace u st.kcí(obr a,b,c) Materiál a min. dimenze povlakové hydroizolace Natavitelné asfaltové pásy typu - 1 x S - 1 x S a - b,c 2 x S a - b a - b x S modifiko- vaný a - b - Fólie PVC-P 1 x v tl.1,0 mm 1 x v tl.1,5 mm Aktivovatelný systém ze 2 fólií 2,0+1,5 mm 1 x v tl. 1,5 mm s kontrolou těsnosti spojů a signální vrstvou Aktivovatelný systém ze 2 fólií 2,0+1,5 mm 1 x v tl. 1,5 mm s kontrolou těsnosti spojů a signální vrstvou Aktivovatelný systém ze 2 fólií 2,0+1,5 mm (123) -

114 Pozemní stavitelství II (S) M Hydroizolace budovy nepodsklepené U budov nepodsklepených se hydroizolace provádí obvykle jen vodorovná, u podlah a stěn, kde se vytahuje 300 mm nad terén. Viz obr Obr. 4.5: Hydroizolace nepodsklepené budovy Hydroizolace budovy podsklepené Izolace podsklepených budov se skládá z izolace vodorovné a svislé. Provádění svislé izolace může být: a) na tuhou podkladní konstrukci staticky nezávislou s nosnými konstrukcemi objektu (například pažení vhodné pro hydroizolační fólii). Izolaci nelze dodatečně obnažit. Viz obr a, b) na tuhou podkladní konstrukci založenou společně s nosnými konstrukcemi objektu (například nosná stěna pláště založená společně s podkladní konstrukcí vodorovné hydroizolace) Vhodné pro fólie i asfaltové pásy, viz obr b, c) na dokončenou stavební konstrukci, zpravidla izolování suterénních stěn z vnější strany. Vhodné použití fólií i asfaltových pásů, ale ne v případě tlakové vody. Viz obr. 4.6 c. [převzato z lit ] (123) -