KP2K - Z klady 1 - cvut.czkps.fsv.cvut.cz/upload/files/kp2k-zklady1.pdf · 2012-03-19 · únosnost základu a základové půdy (mezní namáhání zeminy – mezní stav únosnosti

Základové konstrukce (1)

ČVUT v PrazeFakulta stavební

KONSTRUKCE POZEMNÍCH STAVEB 2 - K

LS 2011/12

Ing. Jiří Pazderka, Ph.D.Katedra konstrukcí pozemních staveb – K124

Zpracováno v návaznosti na přednášky Prof. Ing. Petra Hájka, CSc.

Úvod do problematiky

Základové konstrukce

KP2 – Základy 1 Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv

Základní terminologie


Základová konstrukce

Část nosné konstrukce přenášející zatížení od stavby do základové půdy

Základová p ůda

Část geologického prostředí (zpravidla velmi nehomogenní), které spolupůsobí se stavebníkonstrukcí.

Plošný základ

Stavební prvek přenášející zatížení od stavby do základové půdy prostřednictvím horizontální základové půdy prostřednictvím horizontální základové spáry. Přitom se nepočítá s přenášením zatížení třením na svislých částech základu.

Pilota

Vertikální základová konstrukce přenášející zatížení od stavby do hlubších vrstev základovépůdy. Zatížení se přenáší opřením paty piloty nebo třením povrchu pláště o základovou půdu.

Inženýrskogeologický pr ůzkum

Činnost, která poskytuje geologické a geotechnické podklady pro návrh založení stavby.

Základní terminologie


Hornina

Přírodní minerální asociace různého složení a struktury, které vznikly působením geologických procesů v podobě horninových těles vytvářejících zemskou kůru.

Zemina

● Přirozená směs minerálních zrn různých frakcí vzniklých fyzikálním nebo chemickým

rozpadem pevné skalní horniny.

● Nezpevněná nebo slabě zpevněná hornina

Skalní hornina

Dobře zpevněná hmota, která je zpravidla rozpukána na hranolovité bloky nebo vrstvy

Základní funkce a požadavky


Statická funkce a požadavky

● únosnost základu a základové půdy (mezní namáhání zeminy – mezní stav únosnosti )

● sedání (mezní stav použitelnosti)

● statická interakce horní a spodní stavby, nerovnoměrné sedání objektu

● požadavky na založení v nezámrzné hloubce

Izolační funkce a požadavky

● způsob založení musí umožňovat aktivní ochranu proti zemní vodě, vlhkosti a radonu.

Ekonomické požadavky - vliv na hospodárnost základové k-ce má především:

● zatížení na základ od konstrukce objektu

● únosnost základové půdy

● stlačitelnost základové půdy

● rovnoměrnost / nerovnoměrnost základových poměrů pod objektem

● tuhost horní stavby objektu

Principy návrhu základových k-cí


Rozhodující kritéria pro návrh základové konstrukce

● druh (únosnost a stlačitelnost) základové půdy

● velikost zatížení na základ

● charakter zatížení (excentricita, moment, případné tahové zatížení)

● úroveň nezámrzné hloubky

● vliv interakce podloží x základ x horní stavba

● rovnoměrnost / nerovnoměrnost základových poměrů pod objektem

● okolní zástavba

Základní rozdělení základových k-cí


Plošné základy

● základové patky

● základové pásy

● základové rošty

● základové desky a vany

● tenké desky

Hlubinné základy

● piloty

● studně (pilíře)

● kesony

● milánské stěny

- maloprůměrové piloty (mikropiloty)

- velkoprůměrové piloty

Základové poměry



Inženýrsko-geologický průzkum

Druhy IGP: předběžný, podrobný, provozní


Inženýrskogeologický pr ůzkum poskytuje geologické a geotechnicképodklady pro návrh založení stavby (podle ČSN 73 0090):

● geologická stavba

● hydrogeologická charakteristika

● základové poměry – posouzení vhodnosti staveniště

● zatřídění zemin a hornin – únosnost a stlačitelnost základové půdy

● posouzení vhodné hloubky základové spáry

● vliv podzemní vody ● chemické složení vody

● výška hladiny podzemní vody

● směr proudění

● vhodnost použití zeminy z výkopu

● vliv navrhované stavby na sousední budovy

Geologické sondy


Smyslem geologických sond je:

● získat neporušené vzorky podloží v jednotlivých úrovních potřebné pro laboratorní zkoušku � stanovení fyzikálních a mechanických vlastností zeminy

● zjistit úroveň ustálené hladiny podzemní vody

● získat informace pro sestavení geologického profilu podloží:

- stanovení mocnosti (tlošťky) jednotlivých vrstev

- zjištění rovinatosti vrstev v rozsahu staveniště

● lokalizovat případné diskontinuity podloží (geologocké zlomy apod.)

● odběr vzorků pro analýzu chemického složení podzemní vody

Geologické sondy:

● kopané (cca 1,2 x 1,5 m) – drahé, pomalé

● vrtané (průměr vrtu 150 – 300 mm)

Geologický profil podloží


Návrh podle ČSN EN 1997-1,2




● Při návrhu základových konstrukcí postupujeme podle tzv. Geotechnických kategorií (GK)● Příslušná GK se může ověřit a změnit, pokud je to nutné, v libovolném stádiu návrhu a

procesu výstavby

Geotechnické kategorie jsou podle ČSN EN 1997-1,2 - Eurokóku 7 definovány takto:

Navrhování podle GK - ČSN EN 1997-1

1. Geotechnická kategorie

● Má zahrnovat pouze malé a relativně jednoduché konstrukce:- pro které je možné zajistit, že základní požadavky jsou splněny na základě

zkušenosti a kvalitativního geotechnikcého průzkumu- se zanedbatelným rizikem

● Postupy pro 1. GK se mají použít:

- tam, kde je zanedbatelné riziko celkové stability nebo pohybů základové půdy- v základových poměrech, které jsou známé z dostatečně spolehlivé srovnatelné

místní zkušenosti

- tam, kde se neprovádí výkop pod hladinou podzemní vody


Navrhování podle GK - ČSN EN 1997-1


● Má zahrnovat obvyklé typy konstrukcí a základů:

- s běžným rizikem- v jednoduchých základových poměrech- s běžnými zatěžovacími podmínkami

● Návrhy konstrukcí podle 2.GK mají zpravidla zahrnovat kvantitativní geotechnické

údaje a rozbory k ujištění, že jsou splněny základní požadavky

● Pro návrhy podle 2. GK se mají použít standardní postupy pro terénní a laboratornízkoušky, jejich návrh a provádění.


● Má zahrnovat konstrukce, nebo jejich části, které nespadají do 1. GK ani do 2. GK

● 3. GK má zahrnovat alternativní ustanovení a pravidla k těm, jež jsou v [2]

● 3. GK zahrnuje např.: „velmi velké nebo neobvyklé konstrukce“, konstrukce ve složitých základových poměrech, k-ce složitě zatížené, k-ce v seismických oblastech

Základová půda - ČSN EN ISO 14688-1


Třídy zemin podle velikosti frakce:


Zásady zat řiďování zemin :

● Zemina není za mokra soudržná

- velmi hrubozrnné (Bo, Co), většina zrn větších než 63 mm- hrubozrnné (Gr, Sa), většina zrn větších než 0,063 mm

● Zemina je za mokra soudržná- jemnozrnné (Si - nízká plasticita, Cl - plastické)

● Tmavá barva, nízká objemová hmotnost

- organické (Or)

● Nepřírodní materiály

- výsypky, sypaniny (Mg), znovuuložené přírodní materiály, umělé materiály

Základová půda - ČSN EN ISO 14688-2

Posouzení sedání - ČSN EN 1997-1


Mezní hodnoty sednutípodle Eurokódu 7

Výpočet sedání pro plně nebo částečně nasycené zeminy

zahrnuje:

● okamžité sedání (so)● konsolidační sedání (s1)

● „creepové“ sedání (s2)

„Mají se použít běžněuznávané metody pro vyhodnocení sedání“

Zvláštní pozornost je třeba

věnovat organickým zeminám a měkkým jílům.

Návrh podle ČSN 73 1001




Podle ČSN 73 1001 se rozdělují stavebníkonstrukce podle statické náročnosti na:

Nenáročné konstrukce

Konstrukce, které nejsou citlivé na rozdíly v nerovnoměrném sedání a mají dostatečnou rezervu spolehlivosti v plastické oblasti přetvoření(rodinné domy, garáže, nízké obytné domy, nízké zemědělské a průmyslové stavby).

Náročné konstrukce

Ostatní konstrukce, především konstrukce výškových budov a staticky neurčitéstavební konstrukce

Navrhování podle GK - ČSN 73 1001


Podle ČSN 73 1001 se rozdělují základové poměry na:


Jednoduché základové pom ěry

Základová půda se v rozsahu stavebního objektu podstatně nemění, jednotlivé vrstvy majípřibližně stálou mocnost a jsou uloženy vodorovně nebo téměř vodorovně. Podzemní voda neovlivňuje uspořádání objektů a návrh jejich konstrukce.

Složité základové pom ěry

Základová půda se v rozsahu stavebního objektu místo od místa podstatně mění, nebo vrstvy mají proměnlivou nosnost a nebo jsou nepravidelně uložené. Podzemní voda se nepříznivě uplatňuje při návrhu objektů.

Únosnost základové půdy pro návrh konkrétní základové konstrukce se podle [4] stanovuje v závislosti na příslušné geotechnické kategorii (1., 2., 3.).

Vyšší geotechnická kategorie znamená vyšší přesnost návrhu základové konstrukce, resp. přesnější přiblížení ke skutečným základovým poměrům ve vztahu k charakteru základové

konstrukce a působícímu zatížení.

Pro předběžný výpo čet se použije vždy nejprve I. geotechnická kategorie, pro definitivnínávrh základové konstrukce je nutné zvolit zvolit příslušnou geotechnickou kategorii v závislosti na tabulce uvedené níže:


Jednoduchézákladové poměry

Složité základovépoměry

Nenáročnékonstrukce

1. geotechnickákategorie


Náročnékonstrukce





Výpo čet podle 1. geotechnické kategorie

● výpo čtová únosnost základové p ůdy: určí se z tab. 15 – 18 z přílohy 6 ČSN 73 1001

● zatížení: provozní (charakteristická) hodnota zatížení v základní kombinaci


● výpo čtová únosnost základové p ůdy: Určí se na základě směrných normových charakteristik základové půdy (hodnoty získané ze statistických rozborů zkoušek uskutečněných v rozsahu celé ČR) nebo místní normovécharakteristiky základové půdy (hodnoty získané ze statistických rozborů zkoušek uskutečněných v rozsahu určité oblasti soustředěné výstavby).

● zatížení: extrémní (návrhová) hodnota zatížení v nejnepříznivější základní nebo mimořádnékombinaci




● výpo čtová únosnost základové p ůdy: určí se na základě normových charakteristik základové půdy stanovené podle výsledkůzkoušek uskutečněných při průzkumu staveniště

● zatížení: extrémní (návrhová) hodnota zatížení v nejnepříznivější základní nebo mimořádné kombinaci


Základová půda - ČSN 73 1001

Zeminy


Třídy zemin podle ČSN 731001: (F) - Jemnozrnné (konsolidují pomalu,rizikové)

(S) – Písčité (konsolidují rychle,vhodné)(G) – Štěrkovité (konsolidují rychle,vhodné)

Typy základových p ůd (zeminy):

2-fázový systém (S,G); pevná zrna, vzduch

Při stanovení únosnosti počítáme s efektivními parametry, které mají vyššíhodnoty než totální parametry (smyk probíhá přímo mezi zrny).

3-fázový systém (F); pevná zrna, vzduch a voda

Počítáme s totálními parametry, které jsou menší vlivem vody(voda nemá žádnou pevnost ve smyku)

Skalní horniny

(R) - skalní masív, jedná se diskontinuum na rozdíl od zeminy, kterou lze považovat za

kontinuum

Základová půda - ČSN 73 1001


Fyzikální charakteristiky základových p ůd

● pevnostní charakteristiky: pevnost v tlaku – Rdt [MPa]

● deformační charakteristiky: modul přetvárnosti Edef [MPa]

Poissonovo číslo ν [1]

mez tekutosti wL [%] – u jemnozrných zemin

● objemová tíha: -γ [kN/m3] (zeminy 18 – 21 kN/m3)

● úhel vnitřního tření zeminy: ϕ [°]

● namrzavost: ⇒⇒⇒⇒ hloubka založení

Zrnitostní složení zemin: ● balvanitá složka > 200 mm

● kamenitá složka 60 – 200 mm

● štěrková složka 2 – 60 mm

● písčitá složka 0,06 – 2 mm

● prachová složka 0,002 – 0,06 mm

● jílová složka < 0.002 mm

Klasifikace základových půd


F1 – hlína štěrkovitá MG

F2 – jíl štěrkovitý CG

F3 – hlína písčitá MS

F4 – jíl písčitý CS

F5 – hlína s nízkou (ML) a střední (MI) plasticitou

F6 – jíl s nízkou (CL) a střední (CI) plasticitou

F7 – hlína s vysokou (MH), velmi vysokou (MV)

a extrémně vysokou (ME) plasticitou

F8 – jíl s vysokou (CH), velmi vysokou (CV)

a extrémně vysokou (CE) plasticitou

Zeminy podle ČSN 73 1001:

F - zeminy jemnozrnné (C – jíly, M – hlíny)



Tabulkové výpo čtové únosnosti základových p ůd podle ČSN 73 1001:

Používají se při návrhu základů podle zásad 1. geotechnické kategorie

Hodnoty tabulkové výpo čtové únosnosti Rdt [kPa]zemin jemnozrnných (F) při hloubce založení 0,8 až 1,5 m pro šířku základu ≤ 3 m



S1 – písek dobře zrněný SW

S2 – písek špatně zrněný SP

S3 – písek s příměsí jemnozrnné zeminy S-F

S4 – písek hlinitý SM

S5 – písek jílovitý SC

S - zeminy pís čité (S – písek)

G1 – štěrk dobře zrněný GW

G2 – štěrk špatně zrněný GP

G3 – štěrk s příměsí jemnozrnné zeminy G-F

G4 – štěrk hlinitý GM

G5 – štěrk jílovitý GC

G - zeminy št ěrkovité (G – št ěrk)



Hodnoty tabulkové výpo čtové únosnosti Rdt [kPa]zemin písčitých (S) při hloubce založení 1 m

Poznámka: Pro třídu S1 až S3 platí hodnoty pro zeminy ulehlé. Pro zeminy středně ulehlé se hodnoty násobí součinitelem 0,65. Pro třídy S4 a S5 platí hodnoty pro konzistenci tuhou ažpevnou.



Hodnoty tabulkové výpo čtové únosnosti Rdt [kPa]zemin štěrkovitých (G) při hloubce založení 1 m

Poznámka: Pro třídu G1 až G3 platí hodnoty pro zeminy ulehlé. Pro zeminy středně ulehlé se hodnoty násobí součinitelem 0,65. Pro třídy G4 a G5 platí hodnoty pro konzistenci tuhou ažpevnou.



Zvláštní zeminy:

● O - organické zeminy● T - prosedavé zeminy (spraše)● U - jiné zvláštní zeminy

Skalní horniny:

● R - skalní horniny (třídy R1 – R6):podle pevnosti a stupně zvětráníhorninového materiálu



Hodnoty tabulkové výpo čtové únosnosti Rdt [kPa]skalního masivu (R)

Poznámka: Tabulkové hodnoty Rdt u tříd R1 až R4 jsou použitelné u skalních masívů se sevřenými diskontinuitami bez jílovité výplně. V opačném případě je nutný individuální postup.

Hloubka založení


● u definitivních staveb založených na zeminách

pod zámrznou hloubkou 0,8 až 1,2 m, ale min 0,8 m

● u základů provizorních konstrukcí a u základů

prokazatelně chráněných proti promrzání min 0,4 m

● u jemnozrnných zemin (soudržných) je třeba

zpravidla volit hloubku větší min 1,0 m

● u jemnozrnných (F6, F7) mohou-li vysychat min 1,6 m

● v případech vysoké hladiny podzemní vody (výše než

2,0 m pod povrchem) se volí hloubka založení větší až 1,2 m

● u vnit řních základ ů lze hloubku založení zmenšit až na min 0,5 m

Stanovení minimální hloubky založení:

Hlavní hledisko: eliminace promrzání zeminy pod základovou sparou

Posouzení sedání - ČSN 73 1001


● pro 1. geotechnickou kategorii se meznístav přetvoření neposuzuje

● pro 2. geotechnickou kategorii se pro výpočet sednutí používají tabulkovéhodnoty směrných normových charakteristikpřetvárných vlastností základové půdy

● pro 3. geotechnickou kategorii se pro výpočet sednutí používají normové hodnotypřetvárných charakteristik zjišt ěnéprůzkumem

2. Mezní stav p řetvo ření - sedání

Distribuce zatížení v základové půdě


Rozložení napětí v základové spáře

Napětí pod plošným základem:

Tuhý základ na tuhém jílu Tuhý základ na písku Poddajný základ


Posouzení únosnosti plošného základu

Výpo čtový p ředpoklad rozložení kontaktního nap ětí v základové spá ře

1. Mezní stav: σde = Vde / Aef

Centrické zatížení: Excentrické zatížení:


Příčiny poruch základových konstrukcí


Nedostate čná únosnost základové p ůdy● chybný geotechnický průzkum (např. nedostatečně hluboké sondy,

zanedbání periodického kolísání hladiny podzemní vody, apod.)

Rozdílný charakter základové p ůdy v rozsahu stavby● různé druhy základové půdy v rozsahu půdorysu

● lokální diskontinuity podloží – např. „čočka“ tekutého písku● zasypané koryto původní vodoteče● geologický zlom

Nepředpokládané zm ěny základových pom ěrů● extrémní zvýšení úrovně hladiny podzemní vody, např. vlivem

dlouhodobých srážek nebo povodní (snížení únosnosti zákl. půdy)

● změny hydrogeologických poměrů vlivem nové zástavby v okolí● snížení okolního terénu – podmrzání základové spáry



Podcen ění vlivu okolních staveb● přitížení základové půdy přilehlým objektem● otřesy ze stavební činnosti – např. ražba tunelu

● otřesy základové půdy vlivem dopravy (metro, blízká silnice)● sesuvy půdy v poddolovaných oblastech

Chybný návrh základových konstrukcí● poddimenzování základových konstrukcí (rozměry, počet pilot, apod.)

● navržení nevhodného druhu základové konstrukce● nedosažení únosného podloží (opřené piloty, mikropiloty)● rozdílná hloubka plošného založení v rámci jednoho objektu

Změna využívání stavby● zvýšení zatížení oproti původnímu návrhu (např. nástavba objektu)

Vliv charakteru okolních ploch (difúzně uzavřené plochy, vegetace)







Děkuji za pozornost

Literatura použitá v prezentaci:

[1] Hájek P.: Přednášky KP20, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Praha 2004

[2] ČSN EN 1997-1,2 Eurokód 7: Navrhování geotechnických konstrukcí, ÚNMZ, 2006[3] ČSN EN ISO 14688-1,2 Geotechnický průzkum a zkoušení, ÚNMZ, 2003

[4] ČSN 73 1001, Zakládání staveb, Základová půda pod plošnými základy, ÚNMZ


Na přednášku se vztahují autorská práva.

Documents

KP2K - Z klady 1 - cvut.czkps.fsv.cvut.cz/upload/files/kp2k-zklady1.pdf · 2012-03-19 · únosnost základu a základové půdy (mezní namáhání zeminy – mezní stav únosnosti