POZEMNÍ STAVITELSTVÍ I

POZEMNÍ STAVITELSTVÍ I Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice

Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

KAPITOLA 5: ZÁKLADY I.

LEGENDA KLÍČOVÉ POJMY Zatížení v základové půdě, sedání stavby, hloubka založení, plošné základy, základové pasy CÍLE KAPITOLY - získat přehled o konstrukčních a statických zásadách pro navrhování plošných základových konstrukcí. ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY 10 hodin VÝKLAD Spodní stavba přenáší zatížení do základové půdy. Jedná se především o: Svislá zatížení od horní stavby Vodorovné reakce horní stavby od zatížení větrem Zemní tlak okolní zeminy

5.1. ZAKLÁDÁNÍ STAVEB Slouží k přenášení sil od zatížení vrchní stavby a své vlastní tíhy na základovou spáru. Zemina působí na základ stejně velkou reakcí jako základ. Z této úvahy plyne, že základové konstrukce působí podobně jako obrácená stropní konstrukce. Stavba má být založena tak, aby jednotlivé části objektu měly zajištěno rovnoměrné sedání do základové půdy čímž se vyloučí vznik poruch a trhlin v konstrukcích. Druhy základů jsou: Plošné (pásy, rošty, patky, desky) Hlubinné - podporují plošné základy (piloty, šachtové pilíře, studně a kesony)

5.1.1. PŘÍPRAVNÉ PRÁCE Před začátkem stavby je nutné provést přípravné práce. Nejčastěji se jedná o průzkum staveniště z hlediska geologického složení základové půdy. Průzkum může být předběžný (slouží pro výběr staveniště) či podrobný (již na vybraném staveništi). Průzkum spočívá v provádění sond a zatěžovacích zkoušek základové půdy a zjišťování hladiny spodní vody. Sondy použité na průzkum jsou: Kopané (jámy, šachty) max. do 8 m (min. 1,2 x 1,8 m) Vrtané do 100 m hloubky o průměru 100 až 300 mm Beraněné Rozmístění a počet sond závisí na velikosti staveniště, půdorysném tvaru stavby a na zatížení (minimálně 3 sondy mají být mimo plochu budoucích základů a mají být vzdáleny 20 až 50 m od sebe). Hloubka sondy je taková, aby byla až na únosnou část zeminy (to jest na úroveň zákl. spáry). Po odběru vzorků se provedou laboratorní zkoušky a určí se geologický profil území a stanoví únosnost zeminy. Moderních metod používaných při průzkumu je celá řada (gravimetrické, magnetické, geoelektrické, radioaktivní, geotermické a geochemické).

5.1.2. ROZNÁŠENÍ ZATÍŽENÍ V ZÁKLADOVÉ PŮDĚ A VLIV NA SEDÁNÍ STAVBY Návrh základů vychází z celkového zatížení (stálého a nahodilého) přenášeného do základů ze svislých konstrukcí. Základová spára je vodorovná rovina, kde se základ stýká se základovou půdou a působí v ní kontaktní napětí. Tlaková zatěžovací síla se přenáší do hloubky půdy pod úhlem 45 až 60 (v závislosti na druhu základové zeminy) a s hloubkou pod základy se tlak zmenšuje. Rozdělení tlaku pod základem

5.1.2. ROZNÁŠENÍ ZATÍŽENÍ V ZÁKLADOVÉ PŮDĚ A VLIV NA SEDÁNÍ STAVBY Vlastní půdorysný tvar základů má podstatný vliv na hodnotu stlačení zeminy. Tuhost základu hraje též podstatnou roli. U pružného základu může napětí v zemině dosáhnout až trojnásobku hodnoty průměru tlaku, na něž je základ počítán. Průběh napětí pod základovou spárou

5.1.2. ROZNÁŠENÍ ZATÍŽENÍ V ZÁKLADOVÉ PŮDĚ A VLIV NA SEDÁNÍ STAVBY Vliv tuhosti základu

5.1.2. ROZNÁŠENÍ ZATÍŽENÍ V ZÁKLADOVÉ PŮDĚ A VLIV NA SEDÁNÍ STAVBY Ukázka průběhu napětí u pružného základu Ukázka průběhu napětí - vlevo tuhý základ na tuhém jílu, - uprostřed tuhý základ na písku - vpravo poddajný základ

5.1.2. ROZNÁŠENÍ ZATÍŽENÍ V ZÁKLADOVÉ PŮDĚ A VLIV NA SEDÁNÍ STAVBY Při zakládání se nesmí zapomenout na vliv překrývání zatížení u základů umístěných blízko sebe. V těchto případech by se měl uplatnit do návrhu i vliv součtového sedání zeminy. Ukázka vlivu překrývání zatížení u základů umístěných blízko sebe

5.1.2. ROZNÁŠENÍ ZATÍŽENÍ V ZÁKLADOVÉ PŮDĚ A VLIV NA SEDÁNÍ STAVBY Ukázka vlivu překrývání zatížení u základů umístěných blízko sebe a následný pokles základu vlivem vyššího stlačení Ukázka vlivu překrývání zatížení u staveb umístěných blízko sebe a následný vznik vyššího stlačení základové zeminy

5.1.2. ROZNÁŠENÍ ZATÍŽENÍ V ZÁKLADOVÉ PŮDĚ A VLIV NA SEDÁNÍ STAVBY Stavba sedá i postupem času, kdy na základovou zeminu zatížení působí. Z tohoto hlediska je zvláště důležité znát složení základové zeminy z průzkumných sond. Ukázka vlivu dlouhodobého zatížení na postupný růst stlačení zeminy Na vliv sedání má samozřejmě i vliv excentricita zatížení, především u obvodových částí stavby, kde přenos zatížení do základové konstrukce není od nosných konstrukcí v naprosté většině případů centrický. Rozdíl mezi přenosem zatížení do základové spáry, vlevo centrickým a vpravo excentrickým

5.1.3. VOLBA HLOUBKY ZALOŽENÍ A VLIVY ZÁKLADOVÉ ZEMINY Hloubka založení má vliv na velikost sedání stavby, větší hloubka má vliv na snížení celkového sedání stavby. Hloubka založení je rozdíl úrovně základové spáry a nejbližšího bodu terénu u základů. Stanovuje se s ohledem na: Stabilitu a sedání stavby Klimatické vlivy (promrzání, vysychání půdy) Geologický a hydrogeologický profil půdy Minimální hloubka založení je dána klimatickými vlivy - teplotou v zimním období a druhem zeminy. Díky tomu pak existuje přímá vazba na promrzání půdy. V případě promrznutí základové půdy pod základy, zde hrozí reálné nebezpečí zvětšení objemu zeminy pod základy (voda při změně skupenství na led zvyšuje svůj objem) a tím vzniku napětí a následně i poruch. V závislosti na promrzání půdy volíme hloubku založení takto: 500 mm - skalní a poloskalní půdy, pod vnitřními stěnami 800 mm od upraveného terénu - běžný terén (sypké zeminy mimo horské obl.) 1000 mm od uprav. terénu - běžný terén (soudržné zeminy mimo horské obl.) 1 200 mm - v soudržných zeminách s hladinou spodní vody v hloubce menší než 2 m

5.1.3. VOLBA HLOUBKY ZALOŽENÍ A VLIVY ZÁKLADOVÉ ZEMINY Hloubka založení (základové spáry) v závislosti na účincích mrazu

5.1.3. VOLBA HLOUBKY ZALOŽENÍ A VLIVY ZÁKLADOVÉ ZEMINY U horských oblastí je vhodné vždy navrhnout hloubku základu dle lokálních klimatických podmínek. Typ a druh zeminy je vždy určen na základě výsledků sond z průzkumu staveniště. V případě zjištění nevhodného typu zemin lze zlepšit základovou zeminu těmito způsoby: Nahrazení jinou zeminou (polštáře) Zhutněním, odvodněním Přísadami do zákl. půdy (injektáž, vápno nehašené + polit) Vysoušením Nahrazení soudržné zeminy namrzavé nenamrzavou

5.1.3. VOLBA HLOUBKY ZALOŽENÍ A VLIVY ZÁKLADOVÉ ZEMINY Negativní zvětšení objemu soudržné zeminy v novostavbách vlivem porušení dlažeb a hydroizolací

5.1.3. VOLBA HLOUBKY ZALOŽENÍ A VLIVY ZÁKLADOVÉ ZEMINY K zabránění namrzání zeminy musí být tepelná izolace i pod dlažbou (ukázka řešení pro chladírenské zařízení) Na soudržných zeminách dochází vlivem zatížení k vytlačování vody z pórů a tím k částečnému rozbahnění a následně k poklesu základů. Proto se pod základy klade hrubý písek, štěrk či štěrkopísek ve funkci drenáže. Výška násypu musí zabezpečit isobaru pod základy tak, aby bylo napětí menší než je únosnost základové zeminy.

5.1.3. VOLBA HLOUBKY ZALOŽENÍ A VLIVY ZÁKLADOVÉ ZEMINY Ukázka použití štěrkopísku jako funkce drenáže pod základy (nutno uvážit nebezpečí zavodnění zákl. spáry s vyvoláním kluzu nebo poklesu ve vazbě na druh základové zeminy) Ukázka přenosu napětí v místě nahrazení zeminy zeminou jinou

5.1.3. VOLBA HLOUBKY ZALOŽENÍ A VLIVY ZÁKLADOVÉ ZEMINY Namáhání základů tlakem Rozdělení napětí pod základy : Čáry napětí v % pro namáhání zeminy 0,15 MPa

5.2. ZÁKLADY PLOŠNÉ Používají se tam, kde je dostatečně únosná základová půda v malé hloubce pod terénem. Velikost plochy základů závisí na vlastnostech základové půdy a na zatížení vlastní stavbou. Minimální hloubka založení je 800-1200 mm pod povrchem tak, aby byla základová spára v nezámrzné hloubce. Jako materiál se na základové pasy používá beton, kámen, železobeton a cihla. Dle tvaru lze plošné základy dělit na: Základové pasy Základové patky Základové rošty Základové desky Plošné základy se používají jak pro stěnové tak i pro skeletové systémy vícepodlažních staveb, tak i pro stavby halové. Plošné základy přenášejí zatížení do půdy svou plochou.

5.2.1. ZÁKLADOVÉ PASY Průběžné zdi masivních staveb se obvykle zakládají na základové pásy. Protože pásy nejsou izolovány proti zemní vlhkosti, volí se materiál, který je odolný vůči účinkům vlhkosti (lomový ložní kámen, prostý beton, prokládaný beton a výjimečně při větších šířkách železobeton či prefabrikované dílce). Kromě železobetonových pásů se základové pásy zpravidla zhotovují bez bednění, přímo do vykopané rýhy. Železobetonové pásy jsou vhodné tehdy, je-li šířka základové spáry větší než 3násobek až 4násobek tloušťky nadzákladového zdiva. Roznášecí úhel se volí okolo 30. Železobetonové pásy se bední do bednění, které je na podkladové mazanině o min. tloušťce 50 mm. Šířka základového pasu se vypočítává ze zatížení stavby a přípustného namáhání základové půdy. Rozšíření základového pásu pod zdí je min. 100 mm. Používají se tvary obdélníkové, lichoběžníkové, stupňovité, deskové či žebrové. Používají se pro založení stěn od zatížení 50-60 kn/m 2, tomu například odpovídá příčka tl. 150 mm a výšky 3 m. (Lehčí příčky se ukládají přímo na vyztužený podkladní beton). Ukázka ŽB pásů v ekonomické šířce 3-4 násobku tloušťky nosné stěny

5.2.1. ZÁKLADOVÉ PASY Pásy v menší šířce jsou jednostupňové, ve vyšší šířce vícestupňové (zpravidla dvoustupňové) Tři typy základových pásů ( a - dvoustupňový, b - jednostupňový, c - jednostupňový zešikmený)

5.2.1. ZÁKLADOVÉ PASY U budov s příčnými trakty je nutno uvažovat zmenšení únosnosti základu pod sousední zdí a počítat pás jako část společného pasu s nižším namáháním zeminy.

5.2.1. ZÁKLADOVÉ PASY V základech je často třeba vytvořit otvor pro vedení instalací, takzvaný prostup přes základy. V takových případech nesmí být otvor v základech širší než polovina výšky základů, protože by se oslabily. Pokud je potřebný větší otvor, musejí se základy pod otvorem prohloubit nebo zvýšit nad otvorem. Konstruktivní změny základového pasu (zeď je nad pásem přerušena větším otvorem)

5.2.1. ZÁKLADOVÉ PASY Konstruktivní změny základového pasu (zemina pod pasem je porušena prostupem) Konstruktivní změny základového pasu (ukázka prostupů v pasu)

5.2.1. ZÁKLADOVÉ PASY Změna v úrovni základové spáry

5.2.1. ZÁKLADOVÉ PASY Konstrukce v blízkosti základů Aby nedošlo k porušení základové zeminy v tlakové oblasti, je nutno dodržovat určité vzdálenosti jiných konstrukcí od základu. Týká se hlavně ležatého kanalizačního potrubí, jehož vzdálenost od základu závisí na jeho hloubce pod základovou spárou.

5.2.1. ZÁKLADOVÉ PASY Základy příček Příčky obvykle nevyžadují zvláštní základy a stačí jejich uložení na podkladní betonovou desku, která je případně pod příčkou zesílena. U značně stlačitelných zemin či těžších příček se doporučuje osazení příčky na překlad uložený na základových pásech zdí, do kterých je příčka upnuta - zajistí se tak stejné sednutí příčky i nosných zdí a zabrání se vzniku trhlin. Příčky z plných cihel o tloušťce 100 až 150 mm a výšce do 3 m nevyžadují zvláštních základů

5.2.1. ZÁKLADOVÉ PASY U značně stlačených zemin a těžších příček je vhodné osazení příčky na překlad uložený do základových pasů Zvláštní úpravu vyžadují základy při změně úrovně základové spáry a při zakládání v blízkosti jiných staveb. Pokud jsou základy nové stavby navrženy hlouběji, než jsou základy sousedního objektu, je lépe je podbetonovat. Naopak, pokud jsou základy novostavby v menší hloubce než sousední, musí se základ novostavby prohloubit až po úroveň základů sousedního objektu nebo se musí s hraničním základem odstoupit, tak aby na sebe nepůsobily. Při změně úrovně základů se přechod mezi nižší a vyšší částí řeší z prostého betonu stupňovitě a z železobetonu náběhem.

5.2.1. ZÁKLADOVÉ PASY Velikost a rozmístění bloků závisí na zatížení překladu, únosnosti zeminy a na rozměrech překladu, pro které se volí prefabrikované prvky.

5.2.1. ZÁKLADOVÉ PASY Montované základové pasy se montují z dílců (prefabrikátů). Pro rovnoměrné roznesení tlaku jsou nad pasy betonové bloky s vystřídanými styčnými spárami. Při nestejné výšce povrchu pasu se vybetonuje nad pasem vrstva 60-100 mm. Ukázka typů montovaných základových pasů

LEGENDA STUDIJNÍ MATERIÁLY Základní literatura: WITZANY, J. a kol. Konstrukce pozemních staveb 20. 1. vyd. Praha: ČVUT, 2001. ISBN 80-01-02317-6. Doporučené studijní zdroje: NESTLE, H. a kol. Moderní stavitelství pro školu i praxi. Praha: Sobotáles, Praha, 2005. ISBN 80-86706-11-7. OTÁZKY A ÚKOLY 1) Jak se mění napětí pod základem u centricky a excentricky namáhaných základových pásů a jaká je jejich přípustná max. excentricita, aby nedošlo k tahovým napětím v základové spáře? 2) Kdy se používají základové železobetonové pásy, jaký mají příčný průřez a průběh výztuže pod sloupy, jaké je ekonomické hledisko pro rozměry patek ve vztahu ke sloupům?

LEGENDA KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK Viz výklad. Použitá literatura HÁJEK, P. a kol. Konstrukce pozemních staveb 1. Nosné konstrukce I. 3. vyd. Praha: ČVUT, 2007. ISBN 978-80-01-03589-4. HANÁK, M. Pozemní stavitelství: cvičení I. 6. přeprac. vyd. Praha: ČVUT, 2005. ISBN 80-01-03267-1. NESTLE, H. a kol. Moderní stavitelství pro školu i praxi. Praha: Sobotáles, Praha, 2005. ISBN:80-86706-11-7. LORENZ, K. Nosné konstrukce I. Základy navrhování nosných konstrukcí. 1. vyd. Praha: ČVUT, 2005. ISBN 80-01-03168-3. MATOUŠOVÁ, D., SOLAŘ, J., Pozemní stavitelství I. 1. vyd. Ostrava: VŠB TU, 2005. ISBN 80-248-0830-7. Doc. Ing. Václav Kupilík, CSc. a Ing. Karel Sedláček, PhD. skripta Pozemní stavitelství I