Přednášky Jettmar oficiální

– voda + cement + MAB (bentonit) + přísady (zpomalování/zrychlování tvrdnutí aj.). Nemůže sloužit jako zakládací prvek, ale slouží jako dobrá hydroizolace nebo bariéra pro zachycování škodlivin ze skládek.
Součinitel propustnosti k = 10-8 m/s => těsněný prostor
Monolitické podzemní stěny
Dělají se po etapách (sekce šířky 0,4 – 1,5 m, délky 4 – 9 m)
Sekce se zajistí, vybetonuje a pokračuje se
Jednotlivé sekce se nakonec do sebe zaváží
Prefabrikované podzemní stěny
Rýha se vyplní samotvrdnoucí suspenzí, do té se ponoří prefabrikáty (jinak by se nespojily s okolním prostředím)
Šířky sekcí do 0,6 m, délky do 3 m
Hloubky max. do 15 m (obtížně se provádějí spoje prefabrikátů v hloubce – problém s utěsněním spojů)
Zajištění stability – vetknutí, rozepření, kotvení
Připojení vodorovné desky a podzemní stěny. Část stěny se vybourá až na výztuž, k výztuži se přivaří ocelová pásnice a na tu se připojí vodorovná deska.
Hrany rýhy se nahoře do hloubky cca 1 m zajišťují ochrannou (vodící) zídkou – vodící funkce pro drapák, chrání suspenzi proti vnikání vody (Samotná suspenze má hustotu větší než voda, takže do ní voda nepronikne. Pokud by ale byla HPV nad hladinou suspenze, mohla by voda do suspenze pronikat a měnit její vlastnosti. Nalijeme tedy suspenzi tak, aby měla hladinu v ochranné zídce.)
K monolitickým stěnám – zavázání do sebe:
K prefabrikovaným stěnám – různé typy:
Stabilita rýhy vypažené suspenzí:
Pilotové stěny
Souvislá pažící stěna s nebo bez mezer
Vyšší únosnost, možno injektovat (injektáž má těsnící funkci)
Nejběžnější typ – piloty vrtané
Nejčastější jsou velkoprůměrové piloty (průměr přes 600 mm), ale dělají se i středněprůměrové (od 300 mm) a mikropiloty
Funkce piloty je stálá – ponechávají se ve stavební jámě. Mají funkci pažící, těsnící a někdy i konstrukční (část základu)
Piloty bývají nahoře svázány ŽB prahem, ten bývá ještě přikotven
Statické působení pilotových stěn
Piloty jsou diskrétní prvky => při rozepření nebo kotvení je nutné provést převázku (roznášecí trám)
Pilotové stěny lze použít i ke stabilizaci svahu. Kotvu musím proinjektovat až za předpokládanou smykovou plochu.
Zajištění vetknutí – u jámy hluboké 10 m musí jít pilota cca 6 – 8 m pod dno jámy
Kotvení pilotové stěny
Kotevní deska – osadí se za předpokládanou plochu porušení, spojí se kotvou s pažící konstrukcí
Kotvící pilota – výhodou je stejná technologie
Kotvící pilotová stěna – pokud je nutno roznést větší zatížení
Kotvící studna – nepříliš častá metoda
Injektovaná zemní kotva
Bývá předepnutá, provádí se vrtnou technologií
Zhotovíme pažící stěny, pak část zeminy odtěžíme (na úroveň 1), vyvrtáme otvor pro kotvu, vložíme svazek drátů. Vytvořený vrt zaplníme injektážní směsí. Kořen kotvy by se měl rozšířít na dvoj- až trojnásobek šířky vrtu. Sklon kotvy bývá kolem 15 – 30°.
Musíme jít opět za smykovou plochu
Předpínat se smí až po zatvrdnutí kořene (cca 14 dní). Předepnutí musí být na sílu, kterou by vyvodila zemina při usmyknutí
Teprve po předepnutí můžeme pokračovat v hloubení stavební jámy
Kotvy jsou trvalé nebo dočasné
U dočasných funguje předpětí pouze po dobu stavby.
U dočasných kotev injektážní trubku vytáhneme, u trvalých ji ponecháme ve vrtu. Pro konečnou injektáž se zavádí plastová trubka.
Hlava trvalé kotvy musí být přístupná, aby ji bylo možné kontrolovat
Typy pilotových stěn
Bez mezer – těžko se provádí
S mezerami – mezera nesmí umožňovat vypadávání zeminy => velikost mezery závisí na soudržnosti zeminy. Mezery jsou klenuté (tzv. přirozená zeminová klenba)
S torkretem – přestříkání mezer betonem (někdy vyztuženým). Pro sypké zeminy.
S pažnicemi – jakoby záporová pilotová stěna. Desky mohou být dřevěné (někdy se používají staré pražce), ocelové desky (někdy se dávají vyřazené štětovnice), speciální ŽB desky (mohou být povrchově upravené => používá se na brány tunelů apod.)
Převrtávané piloty – pokud chceme co nejtěsnější provedení pažící stěny. Nejprve provedeme s mezerami všechny liché piloty, sudé provedeme až potom tak, že zasahují do půdorysu lichých pilot. Liché bývají z prostého betonu, sudé ze ŽB.
Mikropilotová stěna – typicky průměr mikropiloty 125 mm pokud je vrtaná, při injektáži okolo 200 mm. V jádru tuhá výztuž (trubka). Injektážní směs napouštíme do trubky => nateče i pod samotnou vyvrtanou pilotu a rozšíří její patu. Dobré je řady mikropilot vystřídat. Vepředu zajištění torkretem.
S těsnící injektáží – mezi piloty provedené s mezerami se provede těsnící injektáž
Celé přestříkané torkretem – jednodušší provádění než stříkat beton jen do mezer, trochu zlepší celkovou tuhost stěny
Při betonování základové desky pod HPV musíme uvažovat se vztlakem vody => pokud není vlastní tíha desky dostatečná, musíme ji přikotvit
Někdy základovou desku před vytvořením chráníme těsnící injektáží
Provádění tryskové injektáže
Technologický postup, kdy do prostředí vpravujeme kapalné médium (vodu) s dalšími součástmi. Základními prvky jsou vrtná a injektážní souprava, vysokotlaké čerpadlo a míchačka.
Je to metoda, při které porušujeme strukturu zeminového prostředí – v okolí vrtu se vytvoří systém trhlin, do těch pak povádíme injektáž
Používáme vysokého tlaku, abychom porušili prostředí (u nás cca do 50 MPa, jinde až 100 MPa)
Postup
Vyvrtáme otvor, vyplníme ho bentonitovou suspenzí
Po dosažení patřičné hloubky se vrt odspodu injektuje
3 základní systémy
Jednoduchý – tou samou tryskou poruším materiál i vyplním vzniklé trhliny. Nepříliš účinné – vysoké tlaky (kolem 50 MPa), proinjektujeme asi 90 cm v průměru.
Dvojitý – dvě trysky (obě z jednoho otvoru). Z jedné jde stlačený vzduch, ze druhé vysokotlaká injektážní směs. Vzduch jde po obvodu => usměrňuje směr paprsku směsi a chrání ho. O 25 – 50% účinnější.
Trojitý – trysky ve dvou úrovních. Přivádíme 3 média – tlakovou vodu, stlačený vzduch (oboje horní otvor) a vysokotlakou injektážní směs (dolní otvor). Paprskem vody rozřežeme zeminu, aby jeho účinnost byla co největší, chráníme ho vzduchovým obalem. Pak tyč povytáhneme => do rozrušených míst napouštíme injektážní směs, zároveň už vodou rozrušujeme vyšší vrstvu. Nejlepší, ale nejnáročnější na údržbu aparatury. Proinjektuje se průměr kolem 2,5 m. U směsi stačí menší tlak (jednotky MPa).
Použití:
Zlepšení vlastností půdy – základovou půdu proinjektujeme, na ni teprve vytvoříme plošný základ. Injektáž vyplní dutiny, obalí zrna => vznikne systém odolný proti deformaci. Z původně sypkého vznikne nesypké prostředí, které má mnohem lepší smykové parametry (zrna nejsou jen opřena o sebe, ale slepena).
Zajištění nepropustnosti prostředí – může sloužit jako izolace dna stavební jámy (můžeme dosáhnout až k = 10-9 z původních 10-3 – 10-5)
Náhrada pažících stěn – viz dříve
Ochranné obálky kolem stávajících děl – pokud například chceme stavět nad tunelem nebo kolektorem, může být zapotřebí chránit podzemní stavbu před vlivem přitížení od nového základu
Zhomogenizování prostředí – pokud zakládáme na sesuvech (ve svahu) nebo navážkách, můžeme nepředvídatelné prostředí proinjektovat => získáme prostředí, jehož vlastnosti známe
Narovnání nakloněných prvků – pod nakloněný prvek provedeme injektáž, dojde k zastavení poklesu nebo i narovnání. Nesmí se to přehnat, aby se nenaklonil na jinou stranu.
Zvýšení únosnosti stávajících základů nebo jejich sanace – např. pokud chceme přistavět patro na dům, můžeme injektáží rozšířit základy a zvýšit tak jejich únosnost.
Kasárna ve Vídni – dřevěné piloty, po poklesu HPV shnily => potřeba nové základy => piloty provedené tryskovou injektáží
Малый театр v Moskvě – pokles HPV => nahnily dřevěné piloty => sanace pilot + nové založení objektu na skálu pomocí injektáže
Metoda klasické injektáže
Neporušujeme prostředí
Používá se při provádění těsnění kotev nebo při provádění pilot – nepotřebujeme porušit prostředí, ale souvisle vyplnit vrt
Postup:
Provedeme vrt, vnitřek vrtu vyplníme bentonitovou suspenzí (případně cementovou zálivkou)
Vložíme manžetovou trubku. Manžety – pryžové krytky po obvodě, uzavírají injektážní otvory.
Do ní vložíme injektážní trubku, která je zakončena obturátorem (perforovaná těsněná hlavice)
Do obturátoru se přivádí tlaková směs, pohybuje se jím v trubce. Jelikož je obturátor utěsněn, směs neutíká do trubky.
Tlakem se nadzvednou manžety => směs se dostane ven (do okolí 40 – 50 cm kolem vrtu => menší tlaky, aby se prostředí neporušilo, jen se vyplní póry v zemině)
Kotvy
Sklon minimálně 10°, obvykle 15° – 30°
Nejdříve provedeme vrt (průměr 60 – 150 mm), pak se vloží kotva
S – vodorovná síla, kterou musí kotva přenést. Kotva je ale šikmá => přenáší sílu SK. Obvykle známe zatížení v kN/m => musíme znát vzdálenost kotev. Jelikož nikdy neuděláme kotvení přesně podle výkresu v konstantních vzdálenostech, použijeme bezpečnostní součinitel a dostaneme vztah pro sílu v kotvě SK:
Aby kotva přenesla sílu SK, musí být splněny tyto podmínky:
Nesmí se porušit táhlo => síla v kotvě při předpínání musí být menší, než únosnost táhla (pevnost táhla Rat = 210 – 290 MPa):
Nesmí dojít k vytržení táhla z kořene => posuzuje se soudržnost betonu a oceli (Rbt – tření na plášti mezi betonem a ocelí, 1 – 1,9 MPa):
Kořen je správně zafixován v zeminovém prostředí => při předpínání se nevytrhne ze země. Rdk je soudržnost mezi betonem a zeminou (odpor kořene), (d je smykové napětí:
kde
kde h je střední výška zeminy nad kořenem.
Vysvětlení vzorce: Kořen drží v zemině tlakem zeminy nad ním => potřebujeme znát svislé napětí vyvolané na kořen zeminou nad ním:
Normálová složka napětí působící na kořen je:
To už jen dosadíme do Coulombova smykového zákona a vydělíme součinitelem bezpečnosti (1,5 pro úhly do 30°, 2 pro úhly do 60°) a máme vzorec pro smykové napětí.
Nesmí vypadnout celý blok zeminy i s kořenem – mohlo by k tomu dojít, pokud prochází smyková plocha až za kořenem. Musíme posoudit (nezkouší se).
Geotechnické kategorie
Kategorie obtížnosti zakládání staveb a geotechnických konstrukcí
Kategorie 1 – malé a jednoduché konstrukce
Navrhujeme v prostředí, které velmi dobře známe => využíváme tzv. srovnatelnou zkušenost
Stačí nám kvalitativní geotechnický průzkum – zjistit jen některé informace, pak najít parametry v normě
1 – 2 podlažní domy, zemědělské stavby. Zatížení na 1 sloup by v patě nemělo přesáhnout 250 kN, u stěnových systémů zatížení na základový pas do 100 kN/m.
Jedná se o kategorie nejen pro objekty, ale i pro geotechnické kce => patří sem ještě opěrné zdi a pažení do 2 m
Kategorie 2 – běžné typy konstrukcí a základů
Nejčastější kategorie
Obvyklé zatěžovací podmínky a základové poměry
Vždy statický výpočet
Musíme mít kvantitativní geotechnické údaje – vyhodnotíme dané místo, na základě několika vzorků stanovíme údaje pro výpočet
Kategorie 3 – velmi velké, neobvyklé kce
Kce s abnormálním rizikem (jaderné elektrárny aj.)
Obtížné základové podmínky
Seismicita
Musíme provést geotechnický průzkum, odebrat dostatečný počet vzorků, statisticky je vyhodnotit, porovnat získané údaje s dostupnými informacemi o podobných stavbách => získat vlastní hodnoty
Často se dělají průkazné zkoušky – např. provedeme zatěžovací zkoušku piloty a posoudíme, zda se chová podle předpokladů
Zatěžovací velkopokusy až v měřítku 1:1
Statické působení pažených konstrukcí
Při navrhování svislých pažících kcí je potřeba zohlednit nejen zemní tlak, ale i přitížení od vnějšího zatížení
K zajištění vetknutí kce by měla hloubka kce pod dnem stavební jámy zhruba odpovídat hloubce jámy => často neproveditelné, protože bychom se dostali do neprostupného skalního masivu
Nerozepřená kotvená pažící stěna bez soudržnosti a bez HPV
Hledáme hloubku vetknutí – navrhuje se Blumovou metodou
Potřebujeme znát zatížení od zeminy (bereme cca ( = 20 kN/m3) a od přitížení, parametry zeminy ((, c; soudržnost rozhoduje pro jemnozrnné zeminy, pro sypké je nulová)
Bez soudržnosti a bez HPV => můžeme postupovat dle Rankinovy teorie zemních tlaků – předpokládá působení na svislou stěnu, vodorovný povrch terénu a výslednici aktivního zemního tlaku působící kolmo na stěnu. Ve skutečnosti působí ještě tření mezi zeminou a kcí => výslednice je šikmá (u aktivního zemního tlaku je kce tlačena šikmo dolů; toto působení zanedbáváme). Výslednice aktivního zemního tlaku:
Navrhujeme stěnu na metr běžný => Sah vyjde v kN/m
Pasivní zemní tlak – působí na vetknutou část
Součinitelé zemního tlaku – v Rankinově teorii závisí jen na součiniteli vnitřního tření, v reálu i na dalších parametrech (sklon stěny, sklon terénu, tření mezi stěnou a zeminou, viz též MEZE):
Momentová podmínka se dělá obecně k místu, kde je nulová deformace => k patě (ve skutečnosti ale dojde k pootočení okolo trochu jiného bodu)
Dosadíme a po úpravě dostaneme vztah pro hV (uvažujeme jeden kladný kořen, ostatní nás nezajímají; obecně bychom řešili kubickou rovnici):
Správně by měla být splněna i silová podmínka rovnováhy ve vodorovném směru, aby nedošlo k posunu kce. Hloubku skutečného vetknutí proto prodloužíme asi o 10 – 15 %.
Zjištění M a V v daném bodě stěny: Najít výslednice zemních tlaků nad průřezem => udělat momentovou podmínku (nebo Schwedlerovy věty jako v mechanice)
Nerozepřená kotvená pažící stěna bez soudržnosti a s HPV
Stěna sama by měla být nepropustná
Dvě možnosti podle pozice skalního podkladu
Pata stěny ve skalním masivu
Lepší případ
Důležité pro výpočet je, zda se zemina usmykne nad vodou nebo pod vodou. Pro vodu platí Pascalův zákon => tlak se ve vodě šíří rovnoměrně (součinitel bočního tlaku je 1!!!) => musíme řešit tlak zeminy a tlak vody zvlášť.
Pod vodou bereme efektivní tíhu zeminy (su = (sat – (w (zemina je nadlehčována vztlakem vody dle Archimedova zákona)
Pata stěny nad skalním masivem
Po odtěžení jámy vznikne za stěnou depresní kužel => voda proudí pod patou stěny
Voda může například porušit účinek zaberanění
Výsledný zatěžovací obrazec vody se zjednodušuje tak, že v patě je napětí nulové (voda proudí kolem paty). Ve skutečnosti je napjatost kolem paty dost složitá.
Stanovení síly do rozpěry
Spočteme hloubku vetknutí jako v případě bez rozepření
Už ji nemusíme zvětšovat o 10% – zbylou sílu potřebnou k dosažení rovnováhy ve vodorovném směru přenese rozpěra
Plošné základy
Dnes beton, železobeton (monolit i prefabrikát)
Při sanacích se můžeme setkat i se staršími základy z kamene nebo cihel
Typy plošných základů
Patka
Prvek pro zakládání diskrétních svislých prvků (sloupů)
Je vhodná na místech s vyšší únosností půdy – má malou plochu => vzniká pod ní větší napětí a je větší nebezpečí zaboření
Půdorysné rozměry přibližně 1:1, výška přibližně odpovídá půdorysným rozměrům.
Pas
Jakoby základová patka protažená v jednom rozměru
Orientačně se jako pas označuje prvek, který má jeden půdorysný rozměr 5x větší než druhý
Použití:
Stěnové systémy
Pokud by sloupy měly patky moc blízko sebe nebo pokud jsou sloupy výrazně excentricky zatíženy
Je také výhodný, pokud jsou sloupy nestejně zatíženy (docházelo by k nestejným deformacím patek) nebo pokud má základová půda v různých místech různé parametry – pas „vyrovná“ namáhání
Rošt – systém vzájemně se křižujících pasů. Vznikne velmi tuhý základ dobrý například proti seismicitě.
Deska
Nejuniverzálnější systém – umožňuje připojení všech typů horní i spodní stavby
Používá se pro založení na méně únosných základových půdách – zatížení od horní kce je rozneseno na co největší plochu
Vhodné pro půdorysně nepravidelné stavby
Nevýhodou je, že je méně ekonomická
Postup výpočtu závisí na tloušťce desky (tlusté podle Mindlina, tenké vyztužené podle Kirchhoffa)
Terminologie
Šířka b – kratší půdorysný rozměr
Délka l – delší půdorysný rozměr
Výška základu h – výška samotného prvku
Hloubka založení d
Od úrovně terénu (nebo podlahy, pokud jde o vnitřní základový prvek) po nejspodnější místo základového prvku (základovou spáru)
Musí vyhovět vlivům klimatických efektů, hlavně účinkům změn skupenství vody v zemině – vlivem zamrznutí vody by mohlo dojít k naklonění základu a jeho porušení => je nutné dodržet minimální hloubku založení (nezámrznou) 0,8 m
Pro jemnozrnné zeminy min. 1,2 m (zeminy typu F – jílovité, siltovité zeminy) – dobře přijímají vodu, ale špatně ji vytěsňují. Zrna jsou mikroskopická => nekladou moc velký odpor proti nadzvedávání.
Pro prvky uvnitř objektu je minimální potřebná hloubka založení 0,4 m
Rozměry d, h, jsou často stejné. Liší se, pokud musíme jít s patkou hlouběji kvůli klimatickým vlivům nebo kvůli základovým poměrům (abychom se dostali na únosnou vrstvu pod vrstvou navážek).
Pozor na kvalitu základové spáry – pokud se jáma nechá moc dlouho otevřená, může dojít k rozbřednutí základové spáry vlivem deště => snížení únosnosti. Proto ponecháváme krycí vrstvu, která se odstraňuje až těsně před prováděním základů.
Patky mohou být jedno- nebo vícestupňové. Vícestupňové se dělají kvůli ušetření materiálu. Jednotlivé stupně zhruba stejně velké.
Vyložení patky a – má vliv na vyztužení nebo nevyztužení prvku. Spodní část základového prvku je zpravidla tažená, horní tlačená => při dolní straně by neměly vzniknout trhliny. Podle poměru a:h volíme materiál – pro prostý beton musí být do 2:3, jinak musíme vyztužit.
Kontaktní napětí – mezi základovou spárou a základovou půdou vzniká reakce, kontaktní napětí je vyjádření rozložení této reakce po základové spáře => pokud znám kontaktní napětí, nemusím už více řešit horní stavbu (kontaktní napětí plně vyjadřuje její vliv na základ)
Tuhost – vyjadřuje odolnost prvku vůči deformaci od zatížení. Na poměru tuhosti základu a podloží závisí průběh kontaktního napětí:
Měkká deska na měkkém podloží se při centrickém napětí prohne => nepravidelný průběh s extrémem napětí uprostřed
Tuhá deska se zaboří => přibližně konstantní průběh s extrémy napětí na okrajích desky (pokud bychom měli ideálně tuhý základ na ideálně pružném podloží, napětí v krajích by limitovalo k nekonečnu – viz MEZE)
Základy dělíme na tuhé a poddajné systémy
ŽB patka
Některé z mnoha typů patek
Roštové systémy – s náběhy nebo bez náběhů. Průřezy jako u patek.
Žebrová deska – pokud chceme mít jasný přechod napětí ze sloupu do desky. Někdy žebra i mezi sloupy (analogie žebrové stropní desky). Žebra vyztužují desku také proti vodorovným deformacím.
Návrh a posouzení plošného základu
Budeme se zabývat mezním stavem únosnosti
Kontaktní (normálové) napětí od návrhového zatížení musí být menší, než únosnost zeminy
Ve většině případů můžeme použít zjednodušení a uvažovat rovnoměrně rozložené kontaktní napětí. V je součet všech vertikálních sil (vlastní tíha patky je při správném návrhu obvykle (0,1 – 0,15).F kde F je zatížení od stavby)
Pokud zatížení v základové spáře nepůsobí centricky, počítáme s efektivní plochou základové spáry A´
Na čem závisí odpor základové půdy Rde?
Nejmenší efektivní rozměr kontaktní plochy (b´; za určitých nevhodných podmínek se může stát, že je l > b, ale b´ > l´ => v tom případě by šlo o l´ ) – zemina nejdříve dosáhne meze pevnosti pod hranami základu (je to hrana => zde vzniká největší napětí). Jak zvyšujeme zatížení, zvětšuje se oblast, kde je dosaženo meze pevnosti (podle teorie pružného poloprostoru). Jakmile se porušené oblasti zeminy od obou hran setkají, dojde k zatlačení tuhého klínu do porušeného prostředí => usmyknutí. Čím menší b´, tím dříve se oblasti setkají.
Hloubka založení d – hmotnost pasivního klínu v bocích základu je tím větší, čím větší je d, pasivní klín brání tomu, aby tuhý klín vytlačil