Přednášky Jettmar oficiální

porušenou zeminu => při větším d se zvyšuje únosnost zeminy. Proto se například kolem jeřábových drah pokládají panely – přitíží shora zeminu a zabrání jejímu usmyknutí.
Smykové parametry zeminy (, c – odpor zeminy je de facto odpor proti vytlačení kolem smykových ploch. Smyková plocha je souvislá plocha, kde dojde k dosažení mezní hodnoty pevnosti ve smyku => musíme zkoumat smykové napětí podél smykové plochy => to závisí na smykových parametrech zeminy.
Objemová tíha zeminy ( – zajímá nás hodnota (1 (zemina nad základovou spárou v bocích) – kvůli přítlaku a (2 (pod základovou spárou) – kvůli porušení ve smyku
Je-li zatížení šikmé (na obrázku je centrické šikmé, při excentrickém navíc ještě kombinace s momentem), závisí odpor i na šikmosti. Více je totiž zatížena jedna hrana základu => zde dochází k rychlejšímu rozvoji deformace. Při šikmém zatížení hraje roli také vodorovná únosnost zeminy. Analogií šikmého zatížení na vodorovnou základovou spáru je zatížení šikmé základové spáry.
Vodorovná únosnost – aby došlo k překonání únosnosti, musíme překonat odpor v základové spáře Rdh. Ten je dán přitížením a soudržností (ve skutečnosti má vliv ještě lepivost zrn, ale ta se neuvažuje):
Dále má na únosnost pozitivní vliv účinek zemního pasivního tlaku ve vodorovném směru Eph. Ten však můžeme zahrnout do výpočtu pouze tehdy, pokud si můžeme být jisti, že po celou dobu existence stavby bude mít konstantní hodnotu. To ale prakticky nikdy nemůžeme vědět – vždy je možné, že bude potřeba vedle objektu udělat výkop. Proto ho většinou nepočítáme. Obecně se vodorovná únosnost posoudí podle vztahu
Výpočet Rde – podle Terzaghiho rovnice – první sčítanec uvažujeme vždy, druhý skoro vždy a třetí někdy (ke zkoušce znát strukturu vzorce, nikoliv vztahy pro výpočet jeho členů – hodnoty budou zadány):
b´ – efektivní šířka základu
N – součinitele únosnosti základové půdy, závisí na úhlu vnitřního tření (
s – součinitele tvaru základu
d – součinitele hloubky založení
i – součinitele šikmosti zatížení
index b – vliv šířky základu, tento člen uvažujeme vždy
index d – vliv hloubky základu, tento člen se projeví, když zakládáme v nenulové hloubce (což je u nás téměř vždy)
index c – vliv soudržnosti, projeví se pouze v zeminách s nenulovou soudržností. Bereme cd – návrhovou soudržnost (součinitel bezpečnosti až 2 – jeden z vůbec největších)
Výsledkem je svislý odpor základové půdy proti protlačení. Ve zkoušce bude vždy návrh nebo posouzení patky nebo základového pasu.
Zásady navrhování v geotechnice
Základní pravidlo: Pro každou geotechnickou návrhovou situaci ověřit relevantní mezní stav
Faktory pro definici mezního stavu
Podmínky staveniště
Druh, velikost, trvanlivost (životnost) kce
Podmínky okolí (doprava, sítě, vegetace, chemikálie)
Základové poměry
Podzemní voda
Seismicita
Vliv okolního prostředí (poklesy, hydrologie, klima)
Mezní stavy v geotechnických kcích ověřujeme
Ve vlastní konstrukci základového prvku
V základové půdě – prvek zůstane neporušený, ale dojde k porušení prostředí => pokles kce aj.
Kombinované porušení kce a půdy – nejobvyklejší případ. Dojde k porušení půdy => nerovnoměrné deformace => porušení základového prvku.
Ověření mezních stavů – návrhové postupy
Experimentální modely a zatežovací zkoušky – nejpřesnější, ale obtížně se provádějí. Ve výjimečných případech velkopokusy 1:1. Zatěžovací zkouška se dělá buď už na zhotoveném prvku kce (ne až do porušení) nebo na kontrolním prvku.
Výpočtem – pro 2. a 3. geotechnickou kategorii vždy
Přijetím předepsaných opatření – pokud dodržíme nějaké zásady, lze se spolehnout na hodnoty z tabulek (pro jednodušší stavby)
Observační metoda – pozorování. Základ je navržen, po provedení se sleduje, zda se chová podle předpokladu.
Návrhové situace
Krátkodobé – nastanou během výstavby (otevření jámy) nebo při krátkodobém jevu (seismicita, průtok velkého množství vody základovým prostředím)
Dlouhodobé – piloty by měly mít plnou únosnost po celou dobu životnosti kce apod.
Specifikace návrhových situací v geotechnickém návrhu má obsahovat:
Zatížení, kombinace, zatěžovací případy
Vhodnost základových poměrů – musíme navrhnout takové základy, které budou vyhovovat základovým podmínkách
Dispozice a klasifikace zón zeminy, horniny a prvků kce vstupujících do výpočetního modelu
Sklon vrstev
Nejdůležitější jsou kvalitní data z geotechnického průzkumu – při nesprávných vstupech je i sebelepší výpočet k ničemu.
Atd (není nutné umět)
Základní mezní stavy
Mezní stav porušení (únosnosti, Ultimate Limit State, ULS) – jeho splnění zajistí bezpečnost lidí a konstrukcí. EC7 nám ukládá ověřit tyto „podstavy“:
Ztráta rovnováhy geotechnické kce nebo zeminového a horninového prostředí jako celku – aby nedošlo k posunutí nebo překlopení kce
Vnitřní porušení nebo deformace prvků – dosažení pevnosti materiálu. Například aby nedošlo k potrhání opěrné zdi, když ji zatížím na koruně.
Porušení nebo deformace zeminového prostředí – nejčastější problém. Kce se nepřeklopí ani neporuší, ale zaboří se. Např. u pilot nejčastěji dochází k porušení smykové únosnosti na plášti => zaboření.
Ztráta rovnováhy v důsledku vztlaku – důležité hlavně v montážním stadiu. Děláme tenkou desku, dosud není zatížena vrchní stavbou => mohlo by dojít k jejímu nadzvednutí a porušení.
Porušení hydraulickým gradientem – týká se zeminového prostředí, jde hlavně o vyplavování částeček zeminy (sufoze)
Mezní stav použitelnosti (Limit State of Serviceability, SLS) – jeho splnění zaručuje po dobu trvanlivosti konstrukce plnou funkčnost a komfortnost
Soubory dílčích součinitelů
Charakteristická hodnota => dílčí součinitel => návrhová hodnota
Součinitele pro zatížení
Součinitele pro parametry zeminy
Součinitele pro únosnost
Mezní stav použitelnosti
Např. se posuzuje sedání
Limitní deformace – požaduje se splnění požadavku mobilizace dostatečně malé části pevnosti (nepřekročí se určité malé deformace)
Sedání = změna pórovitosti půdy. Celkové sedání je součtem tří vlivů:
s0 – počáteční sedání způsobené zatížením. V praktických případech proběhne v průběhu stavby.
s1 – primární konsolidace – probíhá, dokud se nedostaneme do stavu, kdy je změna pórového tlaku nulová ((u = 0, nemění se pórové tlaky)
s2 – sekundární konsolidace (creep) – dochází k drcení zrn, tím se vytváří další póry a může docházet k dalšímu sedání
Hlubinné zakládání
Způsoby hlubinného založení:
Na pilotách (svislých nebo šikmých)
Na základových studních
Většinou prefabrikáty kruhového tvaru (ale mohou být i monolitické a nepravidelné)
Spodní část studny je uzpůsobena k tomu, aby se studna lépe osazovala – břity
Důležité je rovnoměrné osazování – kdybychom studnu osadili šikmo, těžko bychom ji nějak narovnávali
Větší průměr, aby se uvnitř dalo pracovat. Po osazení se vnitřek studny vybetonuje => dostaneme velmi masivní a únosný základ.
Pomocí kesonů – studna propojená s okolím pouze manipulačním prostorem. Slouží zejména k zakládání pod vodou – přetlaková komora, ve které mohou pracovat lidé.
Stěnové lamely
Pilotové základy
Pilota se někdy definuje jako sloup vetknutý do zeminového prostředí. Části piloty:
Při návrhu musíme uvažovat řadu faktorů – materiál, způsob provádění, průřez, typ piloty…
Materiály
Dřevo – nejlepší je dub, ale je moc drahý => používají se spíše kvalitní jehličnany. Osazení beraněním nebo vibrováním, špička ocelová.
Ocel, litina
Beton, ŽB, trysková injektáž
Štěrkové a vápenné piloty – provádějí se například v nepropustném jílovém prostředí, aby se urychlila konsolidace. Když zeminové prostředí zatížíme, začne se z pórů vytlačovat voda. V původním jílovém prostředí by to probíhalo velmi pomalu, ale takhle se voda dostává do štěrkových prvků, odkud ji můžeme odčerpávat => může se vytlačovat stále další a další voda a konsolidace probíhá mnohem rychleji.
Způsob provádění
Zhotovené in situ
Vrtané – jsou nejčastější. Patří mezi ně i prefabrikované piloty osazené do vrtaných otvorů (otvor a prefabrikát se přesně nekopírují => aktivaci jejich povrchu provádíme injektáží nebo doberaněním)
Drapáková technologie – viz dříve. Jáma se dočasně paží pomocí bentonitové suspenze.
Předrážené – předrazíme si otvor, pak klasickou technologií vybetonujeme pilotu. Např. technologie FRANKI – ve výpažnici je zátka, tu zatlučeme do země. Vytvoříme tím otvor, aniž bychom museli těžit zeminu. Nakonec větším úderem zátku roztlučeme, vybetonujeme pilotu a případně vytáhneme výpažnici (někdy ji necháme jako výztuhu).
Injektované – viz dříve (výpažnice, obturátor)
CFA – kontinuálně plněné vrtané piloty, zhotovené nekonečným vrtákovým šnekem
Osazované (vyrobené mimo stavbu)
Beraněné – beraní se vlastním tělem piloty => musíme zvolit správné zatížení, abychom pilotu zarazili, ale nepoškodili
Vibrované – vibrace se dostávají i do okolí, může dojít k rozvolnění okolního zeminového prostředí, což může mít nepříjemný dopad na únosnost => alespoň konec doberanit
Šroubované – ocelová pilota, na kterou navaříme nekonečný šnek. Vhodné do měkkých zemin.
Zatlačované – zatlačuje se plynulým tlakem, ne rázem jako u beranění. Vhodné do měkkých zemin.
Typické průřezy pilot
Průměr piloty (pamatovat)
Mikropiloty – do 250 mm
Maloprůměrové piloty – do 650 mm
Velkoprůměrové piloty – nad 650 mm
Tvar dříku
Konstantní průměr po výšce – nejčastější
Proměnlivý průřez – vhodné pro zatlačování
Rozšířená (vějířovitá) pata – nejprve vyvrtáme výpažnicí pilotu konstantního průměru, pak použijeme vějířovitý vrták, kterým rozšíříme patu. Výhoda: rozšířením paty se zvětší dosedací plocha => menší napětí => pilotu můžeme použít v méně únosných zeminách. Je také vhodná pro tahové namáhání. Pata piloty s průměrem d by neměla být rozšířena na více než 2 – 3 d.
Pilota zhotovená z nižší pracovní úrovně – má nahoře hlavici
Podle pozice dříku rozeznáváme piloty svislé a šikmé
Způsob zatížení
Piloty mohou být namáhány tlakem (a vzpěrem), tahem, ohybem
V jednom základu mohou být různě namáhané piloty => musíme posuzovat každou pilotu samostatně i základ jako celek
Nakonec návrh optimalizujeme tak, aby nebyla každá pilota jiná
Piloty podle přenosu zatížení
Opřené – v patě opřeny o nestlačitelné podloží, hrozí namáhání vzpěrem. Přenos zatížení probíhá patou. Na plášti nedochází k žádnému přenosu zatížení, protože nedochází k poklesu a plášť tedy není aktivován.
Třecí (plovoucí) – celá leží v homogenním prostředí, nedosedá na únosnou vrstvu. Plocha pláště je mnohem větší, než plocha paty => pata skoro nic nenese, zatížení se přenáší třením na plášti.
Vetknuté – kombinace předchozích. Pilotu protáhneme skrz neúnosnou vrstvu do únosnější zeminy (v té je pak pilota vetknuta), ale ne až na skálu => dochází k poklesu => pilota je v únosném prostředí aktivována na plášti, přenáší zatížení i patou.
Podle počtu pilot
Osamělé – nedochází k vzájemnému statickému ovlivnění pilot (nepřekrývají se ovlivněné oblasti pilot). Jako osamělé můžeme brát piloty s osovou vzdáleností větší, než 6d
Skupinové – piloty, u kterých dochází ke vzájemnému statickému ovlivnění
Skupina pilot – soubor několika skupinových pilot. Pod patkou by měla mít skupina max. 9 pilot, více může mít jedině pod základovou deskou. Počet pilot se stanoví ze vztahu (Ud je únosnost piloty):
Minimální osové vzdálenosti pilot ve skupině: Pro pilotu do 0,6 m – 2,5d, nad 0,6 m – 1,5 d. Pro výpočet únosnosti skupiny pilot na patě můžeme brát náhradní plochu B.l (viz obrázek) => je větší, než kdybychom brali jen samotné paty.
Mikropiloty
Klasická technologie – vyvrtání vrtu => vyplnění cementovou zálivkou, do té se osadí výztuž (většinou tenkostěnná ocelová trubka, může být plná nebo perforovaná s gumovými manžetami) => tlakem protrhneme vrstvu cementové zálivky => provedeme pilotu s rozšířenou patou (kořenová pilota). Širší kořen by měl mít min. 3 m, aby se to vyplatilo. Typické rozměry: průměr vrtu 125 mm, trubka 80x8, okolo trubky cementová zálivka.
Zpětný chod – zavrtám vrták až dolů. Místo, abych ho vytáhl a vytrhl zeminu, zpětně ho šroubuji ven a přitom odspodu betonuji. Výztuž můžeme zatlačit nebo zašroubovat (nikoliv zavibrovat!!!) ihned po betonování. Piloty prováděné touto metodou nemohou být moc dlouhé.
Geotermální piloty – nová technologie, piloty se využívají k jímání tepla (jdou do velkých hloubek, kde je i v zimě relativně teplo)
Únosnost pilotových základů
Metody stanovení únosnosti – experimentální, výpočtové
Zatěžovací zkouška piloty – dělá se nejčastěji přímo v terénu. Zemina pod patou piloty se stlačuje, stlačuje se i pilota. Postupným zvětšováním zatížení na hlavu piloty zkoumám, k jakému dochází posunu. Když vznikne smyková plocha, pilota se zaboří. Břemeno musí být takové, aby neporušilo samotnou pilotu. Zkoumáme únosnost základové půdy i tělesa a sedání.
QCON – konvenční zatížení, takové, které vyvolá stlačení 25 mm. Typické stlačení pilot je v řádu mm => většinou bychom se měli pohybovat do této hranice.
Qdef – síla, která odpovídá zaboření o 0,1d. Měla by být menší, než Qy – síla na mezi zaboření (porušení).
Sedání plošného základu
Pro výpočet se používá tzv. sumační vzorec – říká, že celkové sednutí je suma stlačení jednotlivých vrstev:
K jednotlivým členům vzorce:
Hodnoty veličin stanovujeme uprostřed vrstvy (napětí se po výšce mění)
hi – tloušťka i-té vrstvy
Napětí v i-té vrstvě je:
První člen vyjadřuje napětí v základové spáře (bere se v charakteristickém bodě základu – viz MEZE), f je roznášecí součinitel (klesá s hloubkou). Napětí v základové spáře se spočte jako:
kde (d představuje zatížení základové spáry od stavby a (d reprezentuje tíhu odtěžené zeminy.
Eoed,i je edometrický modul i-té vrstvy (tj. modul získaný z jednoosé deformace v edometru)
Součin m(or je strukturní pevnost. Čím je materiál zvyklejší na vnější zatížení, tím lépe zatížení odolává => pokud už vrstva byla v minulosti zatížena, deformuje se méně, což musíme zohlednit. Opravný součinitel m zohledňuje typ materiálu, je experimentálně stanoven. (or je původní („originální“) napětí v daném místě (tj. napětí, jaké tam bylo, když byl materiál zatížen).
Vzorec vychází z Hookeova zákona:
Opěrné konstrukce
Dělíme na klasické opěrné zdi (stabilizují násyp – nové těleso, které má moc strmé boky a samo by se neudrželo) nebo zárubní zdi (pro přirozené svahy)
Typy opěrných zdí
Gravitační opěrná zeď
Dříve z lomového kamene, dnes betonové nebo ŽB
Stabilita zajišťována mohutností kce
Většinou typický lichoběžníkový tvar
Koruna kce by nahoře měla stoupat nad terén, dole může být terén nad i pod základovým pasem
Za stěnou je důležité udělat drenáž – hromadění proudového tlaku vody by mohlo být příčinou poškození kce. Drenáž se dělá pomocí porézního násypu. Nahoře je zátka proti kontaminaci násypu (obvykle vrstva geotextílií). Dole je podélný trativod, ze kterého se voda odvádí příčnou drenáži skrz kci ven.
Drenáž musíme udělat i u líce stěny
Optimální tvar (čísla není nutné umět)
Případ se šikmou základovou sparou (zvýšená stabilita)
Úhelníkové opěrné zdi – jsou subtilnější, ale musí být vždy vyztužené. Stabilizovány tíhou zeminy dosypané dovnitř.
Vylehčené (žebrové) opěrné zdi – vyztuženy příčnými žebry, nahoře může být podélný roznášecí trám
Posouzení opěrné zdi
5 základních bodů
Stabilita základové půdy – kce je dole spojená se zeminou základovým pásem => posouzení stejné jako u základového pasu. Musíme posoudit, že nedojde ke vzniku smykových ploch (bereme 1 m kce)
Do zatížení bereme vlastní tíhu kce, aktivní zemní tlak (vertikální složku), zatížení povrchu. Zatížení není centrické => bereme efektivní plochu.
Pootočení – výsledné zatížení v základové spáře je šikmé => krajní body základové spáry jsou nestejně zatíženy => bude docházet k nerovnoměrnému sednutí. Úhel pootočení ( závisí na velikosti momentu k těžišti, šířce základu a deformačním modulu zeminy:
Překlopení – pokud bude zatížení hodně šikmé, pasivní složky nezabrání překlopení. Předpokládaný bod otáčení – líc základové spáry. Aktivní zemní tlak (vzniká ve chvíli, kdy dojde k povolení bloku zeminy za konstrukcí podél smykové plochy => posun zeminy => zvyšuje se napětí na kci) působí na určitém rameni k bodu otočení, stabilizující síly také => jdou proti sobě. Aby nedošlo k překlopení, musí platit:
Posunutí – zkoumáme odpor proti vodorovné složce zatížení. K usmyknutí dojde, pokud horizontální složka výslednice překoná tření v základové spáře (bereme koeficient bezpečnosti 2, protože materiál je nehomogenní, jeho konzistence a jiné vlastnosti se dosti mění a nemůžeme si jimi být jisti)
Stabilita zemního masivu jako celku – vlivem přitížení masivu nebo odkopání paty vznikne smyková plocha uvnitř celého masivu => mohla by ujet kce s celým blokem masivu.
Princip posouzení – něco jako proužková metoda v MEZE. Jedním z proužků je i samotná opěrná zeď. Pokud zjistíme, že by mohlo dojít k tomuto typu porušení, můžeme upravit parametry svahu, založit kci do větší hloubky (dostali bychom se pod smykovou plochu) – oboje je náročné. Proto je nejlepší přikotvit opěrnou stěnu za smykovou plochu.
Gabiony
Montované opěrné prvky, lze je používat i jako protihlukové kce
Drátokoše s kamenivem => „boxy“, které se ukládají na sebe. Do povrchových boxů se může dát pohledové kamenivo => je to estetické.
Vyvinuly se ve 20. letech minulého století v Itálii, pak skoro vymizely, dnes se zase hodně používají, protože jde o technologii využívající přírodní materiál. Lze je snadno rozebírat nebo doplňovat.
Konstrukce je v podstatě gravitační, ale má spáry – ty musíme nějak zajistit (přivařit apod.)
Vlastnosti: přizpůsobivost terénu, možnost použití místního materiálu (pokud není úplně nevhodný, třeba jílový), propustnost, suchý proces, nejsou známy nějaké větší havárie těchto kcí
Sanace svahů
Přitížení paty svahu – dole zvětšíme normálovou sílu => zvětšíme pevnost zeminy
Změna geometrie (sklonu) – co nahoře vykopu, dole přisypu => změna průměrného sklonu. Jíly se udrží do sklonu 1:5 (při malých hloubkách ale v jílech mohou být svislé výkopy – mají nenulovou soudržnost)
Změna HPV – udělá se tzv. dovrchní vrt => funguje jako drén, HPV se k němu skloní => zvýší se stabilita svahu. Je to nejčastější způsob sanace přírodních svahů
Náhrada materiálu – zčásti, výměna po žebrech (vykope se jáma, vyplní se štěrkem)
Opěrné konstrukce – musí se dělat opatrně, aby nenarušily HPV (to by mohlo naopak urychlit sesuv svahu). Samotná kce zajišťuje spodní stranu svahu, obvykle se zároveň odlehčí (odtěží) vršek svahu. Konstrukce mohou být dočasné (položené panely) nebo trvalé (opěrné zdi).
Protierozní opatření – vysazení vegetace aj.
Injektáže – metody, které zhomogenizují zeminu
Vyztužení svahu
Vytvoříme tzv. armované svahy (armovanou zeminu)
Hřebíkování
Náhrada kotvení, injektáže
Hřeby by měly zasahovat za smykovou plochu
Význam: zpevnění svahu, možnost snížení sklonu svahu (až o polovinu) – hřeby jsou levnější než úprava tvaru svahu
1 hřeb by se měl dávat na 1 – 2 m2. Hřeby se dávají do vrtů, kam mohou být zatloukány nebo zatlačovány.
Výsledná kce – síť přikotvená hřeby a přestříkaná betonem
Geosyntetika
Materiál vytvořený pro použití v zeminovém prostředí (nejedná se o nic vytvořeného ze zeminy)
Jednodimenzionální – vlákna promíchaná se zeminou (rozptýlená výztuž v zemině)
Dvoudimenzionální – geotextílie – vyztuží prostor pod základem, přeruší případné smykové plochy, mají separační funkci, ochrana základové spáry. Jsou tkané nebo svařované.
3D – geomříže, georohože