Plošné základy

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 R_de?

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 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 j, 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 g – zajímá nás hodnota g (zemina nad základovou spárou v bocích) – kvůli přítlaku a g (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 R_dh. 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 E_ph. 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 R_de – 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 j

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 c_d – 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.