PSA2 - 6 - Principy zakl d n - cvut.czkps.fsv.cvut.cz/upload/files/psa2-6-principyzakldn.pdf · PSA2 – Principy zakládání Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv Únosnost základové

Principy zakládání budov

2015/16

ČVUT v PrazeFakulta stavební

PSA2 - POZEMNÍ STAVBY A2 (do roku 2015 název KP2)

doc. Ing. Jiří Pazderka, Ph.D.Katedra konstrukcí pozemních staveb

Zpracováno v návaznosti na původní přednášky KP20 prof. Ing. Petra Hájka, CSc.

Úvod do problematiky


PSA2 – Principy zakládání Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv

Základní terminologie

Základová konstrukce

Část nosné konstrukce budovy přenášející zatížení od stavby do základové půdy

Základová p ůda

Část geologického prostředí (zpravidla velmi nehomogenní), které spolupůsobí s konstrukcíbudovy.

Plošný základ

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

Hlubinný základ - 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


Požadavky na základy a spodní stavbu

Statická funkce a požadavky

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

● sedání budovy (mezní stav použitelnosti)

● statická interakce horní a spodní stavby (eliminace poruch od nerovnoměrného sedání)

● požadavky na založení budovy v tzv. nezámrzné hloubce

Izolační funkce a požadavky

● způsob založení a konstrukce spodní stavby musí umožňovat aktivní ochranu proti

podzemní vodě, zemní vlhkosti a radonu.

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

● typ zatížení na základ (excentricita, momenty, případné tahové namáhání)

● únosnost základové půdy

● stlačitelnost základové půdy

● rovnoměrnost / nerovnoměrnost základových poměrů pod objektem

● tuhost horní stavby objektuPSA2 – Principy zakládání Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv

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 pro dané základové poměry

● vliv interakce podloží x základ x horní stavba

● rovnoměrnost / nerovnoměrnost základových poměrů pod objektem

● okolní zástavba


Základní rozdělení základových k-cí

Plošné základy budov

● základové patky

● základové pásy

● základové rošty

● základové desky a vany

● tenké desky

Hlubinné základy budov

● piloty

● základové studně (pilíře)

● 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) - pouze pro menší hloubky

● 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 geotechnického 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 budov 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 pro umístění budov 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 ČSN 73 1001 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

kontinuumPSA2 – Principy zakládání Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv

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 budov

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

● 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.

Stanovení minimální hloubky založení budov:

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


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


Documents

PSA2 - 6 - Principy zakl d n - cvut.czkps.fsv.cvut.cz/upload/files/psa2-6-principyzakldn.pdf · PSA2 – Principy zakládání Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv Únosnost základové