ZÁKLADY SKELETOVÝCH STAVEB

ZÁKLADY SKELETOVÝCH STAVEB POZEMNÍ STAVITELSTVÍ II. PROF. ING. MILOSLAV PAVLÍK, DOC.ING.VLADIMÍR DAŇKOVSKÝ Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 1

IG = Inženýrsko - Geologický průzkum Určení geologických poměrů v místě stavby a) z geologické mapy ČR b) z informací o stavbách v okolí c) IG průzkumem základní informace www.geology.cz, www.geologicke-mapy.cz lze pro vybranou lokalitu (obec/ část obce) nalézt údaje o základní skladbě zemin v podzákladí archiv geofondu ČGS: Kostelní 26, Praha 7 PREDMEŘICE, spraš měřítko 1/ 50 000 až 1/ 20 000 IDN: 6734 Symbol: R Dok. bod: R5 Vzorek: 5 Lokalita: PREDMEŘICE Mapa 1/50t:13-22 Název mapy: Jaroměř Mapa 1/25t:13-223 [X,Y]: [642035,1037579] Hornina + přívl.: spraš Popis horniny: Spraš Hloubka odběru: Kód Geofond: SPR PRC SV Regionální členění: kvartér extraglaciálních obl. ČM - Polabí Stratigrafické členění: svrchní pleistocén Místo odběru: hliniště Litostratigrafické členění: nerozlišeno Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 2

Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 3

VÝSLEDEK IG PRŮZKUMU 1. Geomorfologické a geologické poměry širšího okolí 2. Dostupné informace z geofondu / stavebního úřadu atd. 3. Inženýrsko-geologické poměry zájmového prostoru 4. Geotechnické parametry a zatřídění zemin 5. Třídy rozpojitelnosti 6. Posouzení polohy hladiny a agresivity podzemní vody 7. Posouzení radonového rizika 8. Podmínky zakládání Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 4

Geomorfologické členění území ČR provincie Česká vysočina Středoevropská nížina Západní Karpaty Západopanonská pánev Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 5

sub provincie Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 6

GEOMORFOLOGICKÉ ČLENĚNÍ ČR Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 7

GEOMORFOLOGICKÉ ČLENĚNÍ ČR Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 8

VÝSLEDKY IG průzkumu skladba zemin v podzákladí klasifikace zeminy jemnozrnné zeminy zrnitost < 0,002 mm F1 až F8 písky zrnitost < 2,0 mm S1 až S5 štěrky zrnitost < 60,0 mm G1 až G5 kamenité zrnitost < 200,0 mm skalní R1 až R8 měrná hmotnost únosnost modul přetvárnosti, Poissonovo číslo úhel vnitřního tření zrnitost geologický původ hloubka uložení a mocnost vrstvy hydrogeologické poměry hladina PV, propustnost zemin, rychlost proudění vody chemický rozbor podzemní vody určení vhodné hloubky založení poloha základové spáry posouzení možnosti použít zeminu z výkopu na zásypy doporučení ohledně drenážního systému Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 9

KLASIFIKACE SOUDRŽNÝCH ZEMIN Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 10

KLASIFIKACE NESOUDRŽNÝCH ZEMIN Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 11

ZATŘÍDĚNÍ ZEMIN Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 12

ZÁKLADOVÁ PŮDA PRŮMĚRNÉ HODNOTY PÓROVITOSTI ZEMINA PÓROVITOST (%) ísek 25-36 jílovité zeminy 40-48 Jíl 45-55 bentonit až 70 PRŮMĚRNÉ HODNOTY VLHKOSTI ZEMINA VLHKOST (%) písek 10-24 jílovité zeminy 24-35 Jíl 35-50 bentonit až 80 VNITŘNÍ SKLADBA ZEMIN Struktura zrnitá štěrky, písky Struktura voštinová soudržné zeminy jíly, hlíny Struktura koloidní směs vody a horniny zrna v tekutině neklesají Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 13

průměrná hloubka promrznutí půdy Oblast 1 Oblast 2 Oblast 3 600 až 1 000 mm 800 až 1 200 mm 1 100 až 1 400 mm Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 15

SONDY kopané sondy - se provádí jen pro menší objekty do hloubky max. 3 m. Provádějí se jako stupňovitá jáma se stupni po 0,6 m a min. šířkou výkopu 1,2 m vrtané sondy - se provádí vrtnou soupravou tzv. jádrovými vrty o průměru 150-300 mm, které se označí a uloží do speciálních boxů (minimální počet sond jsou 3 sondy, lépe 5) TYPY ZÁKLADOVÝCH ZEMIN jemnozrnné F1 F8, soudržné zeminy) písčité S1 S5, členíme podle zrnitosti) štěrkové G1 G5 skalní a poloskalní R1 R5 zvláštní (chovají se odlišně než dříve uvedené) ZÁKLADOVÉ POMĚRY dle ČSN 73 1001 jednoduché nosné konstrukce staticky určité nebo neurčité 1. nebo 2.kategorie základových poměrů složité nosné konstrukce staticky určité nebo neurčité 2. nebo 3.kategorie základových poměrů Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 16

Příklad dimenze základových konstrukcí Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 18

ZÁKLADY SKELETOVÝCH KONSTRUKČNÍCH SYSTÉMŮ DVOUSTUPŇOVÁ ŽLB PATKA VRTÁNÍ PILOT Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 19

PREFABRIKOVANÉ ZÁKLADOVÉ KONSTRUKCE DVOUSTUPŇOVÉ ŽLB PATKY ŽLB PATKA PRO PREFA SLOUP Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 20

PODEPŘENÍ ZÁKLADOVÝCH PATEK PODEPŘENÍ PILOTAMI ULOŽENÍ NA ZÁKLADOVÉ PODLOŽÍ Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 21

ZALOŽENÍ NA DESCE A ZÁKLADOVÉM ROŠTU ZÁKLADOVÁ DESKA ZÁKLADOVÝ ROŠT Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 22

NAPĚTÍ V PODZÁKLADÍ deformace pružného poloprostoru NAPĚTÍ V ZÁKLADOVÉ SPÁŘE Distribuce tlaku do podzákladí Úhel vnitřního tření Fáze zatížení zeminy: Stlačení oddělení tuhého klínu Vznik trhlin ve smykových plochách Vytlačení okolní zeminy Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 23

Napětí v základové spáře dle typu základové konstrukce a tuhosti základu Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 24

DOVOLENÁ SEDÁNÍ dle druhu konstrukčního systému druh stavby - budovy a konstrukce, u nichž nevznikají vlivem nerovnoměrného sedaní přídavná namáhání a není nebezpečí porušení prostupu a souvisejících konstrukcí konstrukce - staticky určité - železobetonové staticky neurčité - ocelové staticky neurčité Vícepodlažní skeletové budovy - železobetonové skelety s výplňovým zdivem - ocelové skelety s výplňovým zdivem - vícepodlažní budovy s nosnými stěnami - zděné z cihel a bloku se ztužujícími věnci - z velkorozměrových panelů a monolitického betonu tuhé železobetonové konstrukce komíny do výšky 100 m komíny vyšší než 100 m koneene celkove prumeme sednutf Sm,lim hodnota [mm] 120 100 60 80 60 70 80 60 200 200 100 nerovnomeme sednutf druh hodnota pomem6 t.s/ l, t.s/l 0,003 0,006 t.s/l t.s/l t.s/ L 0,005 0,002 0,003 t.s/l t.s/l 0,0015 0,0025 t.s/l, t.s/l 0,0015 0,0015 t.s/b t.s/b t.s/b 0,003 0,005 0,002 Jeřábové dráhy 50 t.s/l 0,0015 Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 25

deformace podloží» napětí (poruchy) v konstrukci budov Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 26

a podobně: řešení: uspořádání konstrukčního systému s ohledem na situaci v podzákladí ohled na IGP oddělení sestav s jiným konstrukčním systémem, jiným založením nebo jinými základovými poměry Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 27

vliv tvaru základu a kompozice konstrukčního systému Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 28

PORUCHY ZÁKLADOVÝCH KOSNTRUKCÍ nejčastější příčiny vadných základů překročení únosnosti základové půdy nedostatečná hloubka základů a ochrana proti mrazu posun nebo pokles vrstev základové půdy základy jsou zhotoveny z nevhodného stavebního materiáluz změna teplotního pole pod základy (podmrznutí základu) způsob odstraňování poruch základů zesilování a rozšiřování základových pasů rozšiřování Základových patek úpravy základových patek prohlubování základů úpravy základů v prolukách podchycování základů a zdí pilotami a mikropilotami Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 29

ZÁKLADOVÉ PATKY Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 30

ZÁKLADOVÉ ROŠTY Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 32

ZÁKLADOVÉ DESKY Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 34

Zlepšování základových poměrů Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 36

TYPY HLUBINNÝCH ZÁKLADŮ o o o o o o o o o o piloty velkoprůměrové (opřené, opření+smyk) piloty maloprůměrové (mikropiloty) milánské stěny studně a šachtové pilíře kesony piloty dřevěné piloty žlb monolitické piloty žlb prefabrikované piloty z předpjatého betonu piloty ocelové (trubní) o o piloty vrtané piloty beraněné o maloprůměrové (do 300mm) o velkoprůměrové (do 1500mm) Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 37

Typy pilot dle technologie opřené plovoucí Franki s odňatou výpažnicí Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 38

Podepření základů pilotami zásady pro rozmístění pilot Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 39

ROZMÍSTĚNÍ PILOT varianty Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 40

SCHEMA PŘENOSU ZATÍŽENÍ DO ÚNOSNÉ VRSTVY - vetknutím piloty vetknuté do únosné zeminy Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 42

SCHEMA PŘENOSU ZATÍŽENÍ DO ÚNOSNÉ VRSTVY - třením piloty plovoucí přenos zatížení třením Provádění CFA pilot: 1-vrtání do potřebné úrovně, 2-vytahování šneku za současného betonování, 3-vkládání armokoše Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 43

dubové piloty v základech mostů a domů opřené do únosného podloží Mikulčice dřevěný most v hradišti Na Valech Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 44

PILOTY BERANĚNÉ piloty železobetonové Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 45

USPOŘÁDÁNÍ PILOT skupiny pilot Plošné založení Plovoucí piloty Opřené piloty Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 47

PILOTY VRTANÉ S VÝPAŽNICÍ většina situací délka až 100m běžně cca 12m BEZ VÝPAŽNICE jen do malých hloubek v zeminách F Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 48

Základový pas na pilotách Lávka přes Hleděnovský potok, C 203 - pilotové založení http://www.geostav.cz Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 49

Ražené piloty FRANKI pažnice se zátkou zarážena do podloží pomocí beranu. po dosažení předepsaného energetického kritéria lze ražení ukončit. Po ukončení ražení je beranem vyražena zátka pažnice a následně dochází k postupnému formování výplně piloty (hutnění beranem). výplň ze zavlhlého betonu se tímto způsobem vytvoří rozšířená hlava piloty alternativně lze použít výplň ze štěrkopísku piloty FRANKI ve vhodných geologických podmínkách mají výrazně vyšší únosnosti než železobetonové piloty shodného průměru prováděné jinou technologií. DOSTUPNÉ PRŮMĚRY: Ø 420, 520 a 610 mm MAXIMÁLNÍ DÉLKA: 15 m Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 50

PŘÍKLADY Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 51

stabilizace podloží pomocí pilot Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 55

plovoucí most RION ANTIRION, Řecko založen na stab.násypu Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 56

SCHÉMA ZALOŽENÍ MOSTNÍHO PILÍŘE Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 57

ZALOŽENÍ na ŠACHTOVÝCH PILÍŘÍCH / STUDNÁCH Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 58

MIKROPILOTA S TLAKOVOU INJEKTÁŽÍ V NESOUDRŽNÝCH ZEMINÁCH Mikropiloty = ocelové trubky průměru 70/12, 89/100, 108/16 mm nebo 3-4 kusy výztužných prutů 16 (20) mm s injektážní trubkou z PVC + uzavření prostoru kořene cementovou, resp. jílocementovou zálivkou a následně vlastní vysokotlaká injektáž. Kořen mikropiloty je upnut do horniny tlakovou injektáží cementovou směsí tvořeny ocelovou trubkou průměru 70/12, 89/14, 108/16 mm nebo tyče DN 21mm až 44mm Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 59

ZÁKLADOVÝ PAS NA MIKROPILOTÁCH 1.. VRTÁNÍ Nejčastěji se vrtá plnoprofilově na jílocementový nebo vodní výplach, s průměrem vrtu 100 až 250 mm. 2. VÝPLŇOVÁ ZÁLIVKA Vrt je odspodu vyplněn cementovou zálivkou. 3. VÝZTUŽ Nejčastěji jsou však používány silnostěnné trubky spojované na závity. V dolní části jsou perforované a opatřené gumovými manžetami pro injektáž. 4. INJEKTÁŽ Kořen mikropiloty je upnut do horniny tlakovou injektáží cementovou směsí. Tím je zajištěno efektivní přenesení zatížení. 5. NAPOJENÍ KONSTRUKCE U trubkových mikropilot může být spojení s konstrukcí snadno provedeno přes našroubovanou roznášecí hlavu. Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 60

MIKROPILOTÁŽ podchycení štítu sousedního domu Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 61

ENERGETICKÉ PILOTY - ENERGOPILOTY Využití nízkopotenciálního teple v podzákladí střední teplota cca 10 C Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 62

PILOTY = vertikální kolektor (vertikální meandr) brněnský AZ Tower, energopiloty o celkové délce 1.800 bm - 230 kw tepelné energie výstavba tří bytových domů BUBENEČ 12 v Praze, 78 energopilot o průměrech 620 900 mm, s délkami v rozmezí 5 13 m vetknuté do společné základové desky v letních měsících do objektu dodávat cca 60 kw chladu využití energopilot se plánuje při stavbě Českého technologického parku v Brně a jinde Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 63

pohled do armovacího koše piloty s hadicemi tepelného čerpadla Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 65

Výhody: úspora až 70% nákladů spojených s vytápěním, klimatizováním a ohřevem užitkové vody, dobrá účinnost systému COP běžně 3-5, spolehlivý (nezávisí na počasí, slunečním svitu, ) a snadno udržovatelný systém s dlouhou životností, prakticky bez emisí a odpadu (Skanska uvádí až o 50% nižší emise CO2) nejlevnější varianta získávání podzemní energie není třeba budování zvláštních konstrukcí, použití pilot je nutné již pro správné založení objektu, návratnost investice v rozmezí 5 10 let. Nevýhody: vyšší počáteční náklady, teplotní ovlivnění podzákladí a také vliv přídavných napětí (důsledek obj změn) při návrhu nutná kooperace specialistů z různých oborů nedostatečná projekční a dodavatelská zkušenost v České republice Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 66

energetické piloty - BD v ulici Ronalda Regana - Praha Dejvice Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 67

Tepelné čerpadlo země voda Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 68

SPECIÁLNÍ TECHNIKY ZAKLÁDÁNÍ - STUDNĚ/ ZAKLÁDÁNÍ POD VODOU Studně ve zvodnělých zeminách a pod hladinou podzemní vody - obvykle betonové skruže s břitem - osazují se na únosnou vrstvu podzákladí. Následně se vnitřní prostor zabetonuje. Studny se obvykle navrhují při hloubce základové spáry větší než 5,0 m pod terénem. Hloubka spouštění studny dosahuje 10-30 m, dosáhlo se však i hloubky 80 m. KESONY Kesony se používají pro zakládání ve vodě pracovní komora (KESON) se spouští k základové spáře při současném těžení zeminy. Obtížné pracovní podmínky nutná doprava vzduchu a bezpečnostní opatření!!! Pracovní tlak uvnitř kesonu odpovídá hydrostatickému tlaku sloupce vody o výšce rovné zahloubení spodní hrany stěn kesonu pod hladinu vody (tzn. 10 kpa přetlaku na každý metr). Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 70

Mezi hlavní výhody zakládání na studních patří: přenesení zatížení do únosných vrstev podloží, jednoduchá technologie provádění, vysoké hodnoty svislé i vodorovné únosnosti základu, minimální objem zemních prací, a vyplývající požadavky na dopravu deponie (mezideponie) výkopku. Mezi nevýhody patří: obtížná ochrana vnějšího povrchu studně proti agresivním vlivům, obtíže při spouštění studní v tekutých píscích a v zemním prostředí se silným přítokem podzemní vody, obtíže při spouštění v balvanitých zeminách a v antropogenních násypech. Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 71

MILÁNSKÉ STĚNY PREFABRIKOVANÉ Bentonitová suspenze, jejíž objemová hmotnost je vyšší než u vody (1060 až 1090 kg/m3), zajišťuje stabilitu stěn i dna hloubené rýhy kombinovaným účinkem hydrostatického tlaku a elektrochemických jevů, jejichž účinkem se na stěně rýhy vytvoří kolmatovaná zóna ( filtrační koláč ). Tato utěsněná oblast zeminy tloušťky několika milimetrů zabraňuje vnikání podzemní vody do vyhloubené rýhy a pronikání suspenze z rýhy do širšího okolí. Do připravené rýhy se vkládá postupně jednotlivé železobetonové prefabrikáty, které zajišťují přenos vodorovných sil od tlaku okolní zeminy. Na obr je patrné kotvení konzoly mikropilotami. Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 72

MONOLITICKÉ Obr. 72 Postup výstavby monolitické podzemní stěny 1 hloubení rýhy drapákem v pokryvných útvarech 2 frézování rýhy ve zvětralých horninách 3 betonáž do násypky 4 výztuž stěny 5 hotové lamely Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 73

ZACHYCENÍ VODOROVNÝCH SIL Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 74

POUŽITÍ PILOT PŘI SANACI ZÁKLADŮ Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 75

Literatura [1] Bradáč, J.: Základové konstrukce, Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., Brno, 1995 [2] Kostelková, L.: Pozemní stavitelství konstrukce HSV, SNTL, Praha, 1982 [3] Kutnar, Z. a kol.: Hydroizolace spodní stavby, Skladby a detaily, Dektrade, a.s., 2003 [4] Maceková, V.: Průzkum staveniště, http://www.stavebniklub.cz, zdroj: Verlag Dashöfer, 2003 [5] Petrůj, S.: Konstrukce pozemních staveb I., VUT Brno, 1993 [6] Witzany, J. a kol.: Konstrukce pozemních staveb 20, nakladatelství ČVUT Praha, 2001 [7] ABF : Katalogový list - Studně, pilíře, kesony http://www.estav.cz/abf/ Některé obrázky převzaty z textů těchto autorů: Doc. Ing. Darja Skulinová, Ph.D, Ing. Zdeněk Peřina Doc.ing. Vladimír Daňkovský, CSc ls 2014/2015 Str. 76