53
Úvod, plošné základy Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Úvod, plošné základy

Doc.Ing.Jan Masopust, CSc

ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Page 2: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Obsah kurzu

1. Úvod, literatura

Rizika spojená se zakládáním staveb

Zásady navrhování geotechnických konstrukcí (EC 7)

Princip mezních stavů

Geotechnické kategorie

Návrhové situace

Metody navrhování základových konstrukcí

2. Mezní únosnost plošných základů (1.m.s.)

Mezní stav použitelnosti (2.m.s.)

Výpočet sedání plošných základů

Výpočtové modely

Přípustné velikosti sedání

Page 3: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Obsah kurzu - pokračování

3. Hlubinné základy

Studně a kesony

Piloty a jejich rozdělení

Technologie provádění pilot – vrtaných (ČSN EN 1536)

Technologie provádění pilot - ražených (ČSN EN 12699)

Osová únosnost osamělých pilot

Zatěžovací zkoušky pilot

Výpočet osové únosnosti osamělých pilot

4. Příčně zatížené piloty

Stanovení únosnosti příčně zatížených pilot

Skupiny pilot

Mikropiloty, kotvy

Page 4: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Obsah kurzu - pokračování

5. Injektáže klasické (dle ČSN EN 12715)

Injektáž trysková (dle ČSN EN 12716)

Podzemní stěny (dle ČSN EN 1538)

Technologie provádění

Příklady využití těchto konstrukcí

6. Stavební jámy a jejich druhy

Pažení stavebních rýh a šachtic

Technologie pažení stavebních jam (hřebíkování, záporové

stěny, pilotové stěny, mikropilotové stěny, podzemní stěny,

štětové stěny)

Zásady pro návrh a posouzení pažících konstrukcí

Zatížení pažících konstrukcí

Zemní tlak

Účinky vody volné i podzemní

Page 5: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Obsah kurzu – dokončení

7. Výpočet pažících konstrukcí (nosníkový model s předem stanoveným zatížením, nosníkový model – metoda závislých tlaků, rovinná úloha – MKP)

Vnější a vnitřní stabilita kotvených pažících konstrukcí

Zásady odvodňování stavebních jam

Princip dokonalé studny

Metody pro stanovení koeficientu filtrace

Povrchové a hlubinné odvodňování

Page 6: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Literatura

Masopust, J.: Zakládání staveb 1, ČVUT Praha, 2015,

Masopust, J.: Zakládání staveb 2, ČVUT Praha, 2016,

Masopust, J.: Vrtané piloty, nakl. Čeněk a Ježek, 1994

Masopust, J. a kol.: Rizika prací speciálního zakládání

staveb, nakl. ČKAIT Praha, 2011

Masopust, J.: Navrhování základových a pažicích

konstrukcí, Příručka k ČSN EN 1997-1, nakl. ČKAIT

Praha, 2019

Page 7: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Normy

(ČSN 73 1001 Základová půda pod plošnými základy – je zrušena)

ČSN EN 1997-1 (Eurokód 7) Navrhování geotechnických konstrukcí

– 1.část: Obecná pravidla

ČSN EN 1536: Provádění speciálních geotechnických prací – Vrtané

piloty

ČSN EN 12699: Provádění speciálních geotechnických prací – Ražené

piloty

ČSN EN 14199: Provádění speciálních geotechnických prací –

Mikropiloty

ČSN EN 1537: Provádění speciálních geotechnických prací –

Injektované horninové kotvy

ČSN EN 1538: Provádění speciálních geotechnických prací –

Podzemní stěny

ČSN EN 12715: Provádění speciálních geotechnických prací –

Injektáže

ČSN EN 12716: Provádění speciálních geotechnických prací –

Trysková injektáž

Page 8: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Zakládání staveb

Náleží do geotechnických předmětů (geologie, inž.

geologie, mechanika zemin a hornin, zakládání staveb,

podzemní stavby, enviromentální geotechnika)

Zabývá se návrhem, stavbou a kontrolou základů staveb,

popř. jejich sanacemi a rekonstrukcemi

Dále se zabývá návrhem a výstavbou stavebních jam,

zejména roubených i jejich odvodňováním,

Zabývá se i metodami zlepšování vlastností základových

půd

Základy jsou nejspodnější částí stavby, kterými je stavba

spojena se základovou půdou- každá stavba má svůj základ

Snahou je navrhnout základy spolehlivé a bezpečné, ale i

hospodárné a dostatečně rychle proveditelné

Page 9: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Zakládání staveb

Při návrhu základů se dostáváme do styku s přírodním

materiálem – základovou půdou

Rozdíl mezi návrhem stavebních konstrukcí z jasně

definovaných materiálů (beton, ocel apod.) a základy

Nemožnost použití deduktivní metody, nutnost metody

induktivní (vyloučení nevhodných řešení na základě jasně

definovaných a jednoduchých kritérií)

Metody návrhu:

- metoda matematického modelování

- inženýrský přístup k řešení úloh

Zkušenost jako rozhodující pomocník

Důležitost geotechnického průzkumu a jeho správné

interpretace

Page 10: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Rizika v zakládání staveb

Pojem rizika a jeho definice

Druhy rizik

Rizika tvůrčí - nové nevyzkoušené metody

- neznámé prostředí

- ojedinělé, mimořádné stavby

Rizika společenská – snaha o mimořádné zlevnění

- nedostatek času k řádné analýze problému

- nedokonalé podklady

- chyby v provádění

Chyby nesmí být fatální a důležité je poučení z chyb

Page 11: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Havárie domu způsobená hydraulickým

prolomením dna ve stavební jámě

Page 12: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Havárie domu způsobená nedodržením

technologických zásad při podchycování

Page 13: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Havárie obytných domů způsobená

zemětřesením

Page 14: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Havárie jeřábu – chybný návrh založení

Page 15: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Zásady navrhování základových konstrukcí

Princip mezních stavů

Základy staveb – plošné a hlubinné

Navrhují se na základě metodiky mezních stavů:

1. mezní stav porušení (únosnosti) – souvisí se stabilitou zákl.půdy

2. mezní stav použitelnosti – souvisí s deformacemi základové půdy

Metodika mezních stavů v zakládání staveb – Eurokód 7 (platí

definitivně od 04/2010)

- ČSN EN 1997-1 – Navrhování geotechnických konstrukcí, část 1 – obecná pravidla

- ČSN EN 1997-2 – Navrhování geotechnických kosntrukcí, část 2 – Návrh na základě

laboratorních a polních zkoušek

EC 7-1 obsahuje 12 kapitol a přílohy a nezabývá se metodami

stanovení únosnosti jednotlivých typů základů, ale metodikou tohoto

stanovení

Základním požadavkem návrhu základové konstrukce je bezpečnost

a spolehlivost z hlediska ohrožení života, zdraví a majetku.

Page 16: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Návrhové situace Návrhové situace musí zahrnovat:

- obecnou vhodnost základové půdy (uspořádání a zatřídění vrstev základové půdy – geotechnických typů, sklon a mocnost, střídání tvrdých a měkkých poloh ve skalním podkladu, poruchy, dutiny)

- povaha okolního prostředí (vliv podzemní vody, sufoze, eroze, chemické koroze, jejich časový průběh, dále zemětřesení, vliv poddolování, technické seismicity apod.),

- vliv nových konstrukcí nebo stávající zástavby

Observační metoda – doporučený přístup v geotechnice, zahrnuje:

- stanovení přijatelných mezí chování konstrukce,

- ve stádiu návrhu prokázání s jistou pravděpodobností, že skutečné chování konstrukce bude v rámci těchto mezí,

- naplánování monitoringu (zejména deformací) včetně jeho vyhodnocení,

- vypracování plánu možných následných a včasných opatření, pokud monitoring odhalí chování konstrukce mimo přij. meze

Page 17: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Geotechnické kategorie

Dle ČSN 731001 (Základová půda pod plošnými základy):

1. Geotechnické poměry – a. jednoduché

b. složité

2. Konstrukce (stavby) - a. nenáročné

b. náročné

Geotechnické kategorie - GK1: 1a + 1b

GK2: 1a + 2b, nebo 1b + 2a

GK3: 1b + 2b

Dle ČSN EN 1997-1: GK definovány volněji na základě míry rizika

GK1 – zanedbatelné riziko, základní požadavky lze splnit na základě zkušeností a

kvalitního geotechnického průzkumu

GK2 – běžné riziko, obvyklé typy konstrukcí, nutné jsou kvantitativní geotechnické rozbory a výpočty k ujištění, že jsou splněny základní požadavky

GK3 – vysoké riziko, konstrukce nespadající do 1. A 2.GK, nutné jsou rozsáhlé průzkumy a alternativní výpočty vč. matematického modelování

Page 18: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Pevnostní a deformační charakteristiky

základové půdy

Stabilitní parametry:

- γ – objemová tíha /kN/m3/ (v

přirozeném uložení, pod

vodou)

- φ - úhel vnitřního tření (v

hodnotě efektivní)

- c – soudržnost /kPa/ ( v

hodnotě efektivní, totální)

Deformační parametry:

- Edef /MPa/ - modul deformace

- Eoed /MPa/ - oedometrický

modul

- ν Poissonovo číslo

- Edef = β. Eoed

- β = 1 – 2. ν2/(1 – ν)

Page 19: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Plošné základy

Veškeré zatížení z horní konstrukce je přenášeno plochou

základu v úrovní základové spáry

Druhy plošných základů:

- základová patka – typický plošný základ pro sloup

- základový pas – typický plošný základ pro nosnou stěnu

(může být ve dvou obyčejně na sebe kolmých směreh -

základový rošt)

- základová deska – na málo únosné základové půdě

- v případě konstrukcí složitého půdorysu a zatížení,

- v kombinaci s hlubinným základem

Page 20: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Druhy plošných základů a) základová patka, b) základový pas podepřený patkami, c)

základový pas, d) základové pasy – rošt, e) základová deska

Page 21: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Hloubka založení

Min. hloubka založení z hlediska klimatických vlivů:

1) Promrzání - minD = 0,8 m (pod upraveným terénem)

- minD = 0,4 m (pro stavby dočasné a eve.

chráněné před vlivy promrzání

- minD je dáno mapou např. v horských

oblastech

2) Vysychání – minD = 1,6 m v případě zemin tř.F7, F8

3) Vysychání způsobené vegetací (např. sáním kořenů)

- minD se řeší individuálně

Page 22: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Znázornění hloubky založení

Page 23: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

1. Mezní stav – únosnost plošných základů

Zatížení v základové spáře

Podle ČSN 731001: extrémní výpočtové zatížení Vde (stálé,

dlouhodobé i krátkodobé pohyblivé i mimořádné)

Podle EC 7-1: návrhové zatížení – vzniká z charakteristického

násobením souč. γG (pro stálé), resp. γQ (pro pohyblivé)

Stálé zatížení – tíha všech trvalých součástí stavby

Občasné zatížení - dlouhodobé (užitné i příčky)

- krátkodobé (osoby, sníh, vítr, námraza)

- mimořádné (zemětřesení, výbuch, havárie)

Normové zatížení (i charakteristické zatížení) – základní

velikost daná vesměs normou

Výpočtové (návrhové) zatížení je normové (charakteristické)

násobené příslušnými dílčími součiniteli zatížení

Page 24: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Zatížení v základové spáře

1. m.s. (únosnosti)

Obecně 6 složek zatížení v těžišti zákl.

spáry: NZ, HX, HY, MX, MY, MZ

Obyčejně platí: MZ = 0 (nebo se zanedbává)

H = (HX2 + HY

2 )

1/2 ; tgδ = H/ NZ

Pro svislé napětí v z.s.: NZ, MX, MY , neboli

svislá síla

NZ působí jako mimostředná na

excentricitách:

eX = MY / NZ ; eY = MX / NZ

Velikosti excentricit jsou omezeny:

eX ≤ B/3 eY ≤ L/3

přesněji: (eX /B)2 + (eY /L)2 ≤ (1/3)2

Napětí v základové spáře je konstantní na

efektivní ploše:

Aef = (B – 2.eX).(L – 2. eY )

σ = NZ / Aef

Page 25: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Únosnost základové půdy pod plošným základem a) vývoj plastických oblastí při rostoucím zatížení, b) zemina

na mezi porušení, c) definice smykových ploch

Page 26: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Posouzení velikosti plochy základové spáry

1.m.s. (únosnosti)

V případě 1 GK: σde ≤ Rdt

Rdt je tabulková únosnost základové spáry dle ČSN 731001

(4 tabulky pro skupiny zemin G, S, F a horniny R)

V případě 2 GK: σde ≤ Rd

Rd je výpočtová (návrhová) únosnost základové spáry

vypočtená za pomocí stabilitních parametrů základové půdy

(normové, resp. charakteristické velikosti lze odečíst z

tabulek např. ČSN 731001)

V případě 3 GK: σde ≤ Rd

Rd je výpočtová (návrhová) únosnost základové spáry

vypočtená za pomocí stabilitních parametrů základové půdy

(jejich velikosti se získají statistickým zpracováním souboru výsledků

laboratorních nebo polních zkoušek z průzkumu staveniště)

Page 27: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Tabulkový výpočtová únosnost Rdt

(příklad tabulky pro zeminy písčité)

Třída

Symbol

Tabulková výpočtová únosnost Rdt /kPa/

Šířka základu B /m/

0,5 1,0 3,0 6,0

S1

S2

S3

S4

S5

SW

SP

S-F

SM

SC

300

250

225

175

125

500

350

275

225

175

800

600

400

300

225

600

500

325

250

175

Page 28: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Návrhová únosnost základové spáry

v zeminách (dle ČSN EN 1997-1)

Neodvodněné podmínky

Rd = (π + 2). cu.bc .sc.ic + q q = γd.D

bezdimenzionální součinitelé

pro sklon zákl. spáry bc = 1 – 2.α/(π + 2); α je sklon z.s. od vodorovné

pro tvar základu sc = 1 + 0,2.(B´/L´) pro obdélníkový základ

sc = 1,2 pro čtvercový a kruhový základ

pro šikmost zatížení vyvolané vodorovnou silou H ≤ A´. cu

ic = 0,5.(1 + (1 – H/ (A´. cu ))1/2 )

Page 29: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Návrhová únosnost základové spáry

v zeminách (dle ČSN EN 1997-1)

Odvodněné podmínky

Rd = c´. Nc .bc .sc.ic + q´. Nq .bq .sq.iq + 0,5. γ´.B´. Nγ.bγ.sγ.iγ

q´ = γd.D

bezdimenzionální součinitelé

- pro únosnost

Nq= tg2 (45 + φ´/2). (exp) (π.tg φ´)

Nγ = 2.(Nq – 1).tg φ ´, kde δ ≥ φ´/2 (drsná základová spára)

Nc = (Nq – 1).cotg φ ´

- pro sklon základové spáry

bc = bq – (1 – bq)/(Nc .tg φ ´)

bq = bγ = (1 - α .tg φ ´) 2 ; α je sklon z.s. od vodorovné

Page 30: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

pokračování

- pro tvar základu

sq = 1 + (B´/L´).sin φ ´ pro obdélníkový základ

sq = 1 + sin φ ´ pro čtvercový nebo kruhový základ

sγ = 1 – 0,3.(B´/L´) pro obdélníkový základ

sγ = 0,7 pro čtvercový nebo kruhový základ

sc = (sq . Nq – 1)/ (Nq – 1) pro všechny tvary základu

- pro šikmost zatížení způsobenou vodorovnou silou H

ic = iq – (1 - iq)/(Nc .tg φ ´)

iq = (1 - H/(V + A´.c´.cotg φ ´))m

iγ = (1 - H/(V + A´.c´.cotg φ ´))m+1

kde

m = mB = (2 + (B´/L´))/(1 + (B´/L´)) pro H působící ve směru B´

m = mL = (2 + (L´/B´))/(1 + (L´/B´)) pro H působící ve směru L´

pro případ, kdy směr síly H svírá se směrem L´ úhel ϑ , potom bude

m = mL.cos2 ϑ + mB.sin2 ϑ

Page 31: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Výpočtová únosnost základové spáry

v horninách (dle ČSN 73 1001)

Rd = σc /(r.p)

σc je prostá tlaková pevnost horniny

r je součinitel kvality skalní horniny

p je součinitel hustoty diskontinuit

Součinitel kvality horniny r:

- pro tř. R1 a R2 ……..r = 15

- pro tř. R3 je r = 15 pro σc = 50 MPa a r = 10 pro σc = 15 MPa

- pro tř. R4 je r = 10 pro σc = 15 MPa a r = 6 pro σc = 5 MPa

- pro tř. R5 je r = 6 pro σc = 5 MPa a r = 2,5 pro σc = 1,5 Mpa

- pro tř. R6 je r = 2,5 pro σc = 1,5 MPa a r = 1,0 pro σc = 0,5 MPa

Vliv hustoty diskontinuit p:

- hustota diskontinuit je velmi malá a malá p = 1,0

- hustota diskontinuit je střední a velká p = 1,8

hustota diskontinuit je velká a extrémní p = 3,0

Page 32: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Posouzení vodorovných silových účinků

(dle ČSN 73 1001)

Rdh.Aef = Vde . tg φd + cd . Aef + (Spd )

Rdh.Aef > Hde

Kde je:

- Rdh je výpočtová únosnost základové spáry ve vodorovném směru

- Vde je svislá složka extrémního zatížení v základové spáře

- φd je výpočtová velikost úhlu vnitřního tření zeminy v základové spáře

- cd je výpočtová velikost soudržnosti zeminy v základové spáře

- Spd je vodorovná složka zemního tlaku působícího na boční stěnu

základu, dělená 1,3 (pro tlak v klidu)

- Aef je efektivní plocha základové spáry

- Hde je vodorovná složka extrémního výpočtového zatížení

Page 33: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Mezní stav porušení dle EC 7-1

(EQU) ztráta rovnováhy konstrukce nebo základové půdy

uvažované jako tuhé těleso, kdy pevnost materiálů a zákl.

půdy není rozhodující

(STR) vnitřní porušení nebo nadměrné deformace

konstrukcí a prvků, kdy pevnost konstrukčních materiálů je

pro odolnost rozhodující

(GEO) porušení nebo nadměrné deformace základové

půdy, kdy smyková pevnost zeminy nebo horniny je pro

odolnost rozhodující

(UPL) ztráta rovnováhy konstrukce nebo základové půdy v

důsledku vztlaku vody nebo jiných svislých zatížení

(HYD) nadzdvihování dna, vnitřní eroze a sufoze v

základové půdě způsobená hydraulickým gradientem

Page 34: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Návrhové přístupy

Návrhový přístup 1 (NP1)

(pro všechny zákl. konstrukce s výjimkou pilot a kotev)

- kombinace 1: A1 „+“ M1 „+“ R1

- kombinace 2: A2 „+“ M2 „+“ R1

(pro piloty a kotvy)

- kombinace 1: A1 „+“ M1 „+“ R1

- kombinace 2: A2 „+“ (M1 nebo M2) „+“ R4

Návrhový přístup 2 (NP2)

kombinace: A1 „+“ M1 „+“ R2

Návrhový přístup 3 (NP3)

kombinace: (A1 nebo A2) „+“ M2 „+“ R3

Dle návrhu českého NAD se doporučuje používat:

- NP1 pro plošné základy

- NP2 pro hlubinné základy a pažicí konstrukce

- NP3 pro stabilitu svaů

Page 35: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Dílčí součinitelé pro ověření mezních stavů (STR) a (GEO)

a) Dílčí součinitelé zatížení γF nebo účinků zatížení γE

Zatížení Značka Soubor

A1 A2

Stálé Nepříznivé

γG

1,35 1,0

Příznivé 1,0 1,0

Proměnné Nepříznivé

γQ

1,5 1,3

Příznivé 0 0

Page 36: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

b) Dílčí součinitelé parametrů zeminy γM

Parametr zeminy Značka Soubor

M1 M2

Úhel vnitřního třeníx) γφ 1,0 1,25

Efektivní soudržnost γc 1,0 1,25

Neodvodněná smyková pevnost γcu 1,0 1,4

Pevnost v prostém tlaku γqu 1,0 1,4

Objemová tíha γγ 1,0 1,0

x) Tento součinitel se použije pro tgφ

Page 37: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

c) Dílčí součinitelé únosnosti γR pro plošné základy

Značka Soubor

R1 R2 R3

Únosnost γR,v 1,0 1,4 1,0

Usmyknutí γR,h 1,0 1,1 1,0

Page 38: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

2. m.s. (použitelnosti)

Výpočet sedání plošných základů

Stanovení napětí v základové spáře

Zatížení v základové spáře: N, H, M

Svislé napětí – lineárně proměnné vzniklé

superpozicí napětí σ1 (od N) a σ1 (od M):

σ1 = N/(B.L) σ2x = 6. MY/(L.B2)

Mohou nastat následující případy:

a) | σ1| > | σ2| - celá zs. je tlačená – OK

b) | σ1| = | σ2| - celá zs. je tlačená – OK

c) | σ2| > | σ1| - část zs. je tlačená, část

zs. je tažená – nutné je vyloučit tah

proto se obrazec napětí upravuje

Přitížení v zs.

σs = σ – γ.D

Page 39: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

2. m.s. (použitelnosti)

Výpočet sedání plošných základů

Tuhost systému: plošný základ – základová půda Orientační stanovení ze vztahu:

k = (Eb/Edef,m).(t/ B)3, resp. k = (Eb/Edef,m).(t/ L)3

kde Eb je modul deformace materiálu základu (betonu)

Edef,m je vážený průměr modulů přetvárnosti zemin

v podzákladí do hl. deformační zóny (2 – 3).B

t je tloušťka základové konstrukce

B, L jsou půdorysné rozměry základu (ve směru, v němž

se tuhost stanovuje

Edef,m = (Σ Edef,i .hi.σz,i)/ (Σhi.σz,i)

Je-li k < 1 – základ je poddajný - počítá se sedání pod příslušnými body

Je-li k > 1 – základ je tuhý – počítá se sedání pod charakteristickým bodem

Charakteristický bod – bod(y), v němž je sedání tuhého základu stejné jako sedání

základu poddajného:

- pro obdélníkový základ – 4 body se souř.: 0,37.B; 0,37.L

- pro kruhový základ – kružnice o poloměru 0,85.r

Page 40: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

2. m.s. (použitelnosti) Výpočet sedání plošných základů, výpočtový model

Konečné sedání:

s = (Σ (σz,i – m.σor,,i).hi/Eoed,i

kde:

s je konečné sedání uvažovaného bodu

σz,i je svislé napětí od přitížení v zákl. spáře

m je opravný součinitel (strukturní pevnosti)

σor,,i je původní (geostatické) napětí

hi je tloušťka vrstvy základové půdy

Eoed,i je oedometrický modul úpřetvárnosti

příslušné vrstvy zeminy

Page 41: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

2. m.s. (použitelnosti) Hodnoty opravného součinitele m (strukturní pevnosti)

Druh základové půdy m

Silně stlačitelné jemnozrnné zeminy F1 – F8 s modulem Edef< 4 Mpa

Násypy nezkonzolidované

Horniny tř. R1, R2 a zdravé horniny tř. R4, R5

0,1

Jemnozrnné zeminy F1 až F8, jimž nenáleží m = 0,1 ani m = 0,4 a 0,5

Písky a štěrky S1, S2, G1, G2 pod hladinou podzemní vody

Horniny tř. R3

0,2 Písky a štěrky S1, S2, G1, G2 nad hladinou podzemní vody

Písky a štěrky S3, S4, S5, G3, G4, G5

Horniny R4 a R5 kromě zdravých druhohorních a třetihorních

sedimentů

0,3

Horniny tř. R6 (eluvia) 0,4 Spraše a sprašové hlíny nad hladinou podzemní vody, lze-li vyloučit

jejich nasycení vodou 0,5

Page 42: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

2. m.s. (použitelnosti) Znázornění plochy základové spáry pro

výpočet sedání

Napětí je řešeno v (Boussinesquově)

poloprostoru – na povrchu a to v

závislosti na poměru L/B v hloubce

z

Různé tvary zatěžovacího obrazce

se dají superponovat dle zásad teorie

pružnosti

Page 43: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

2. m.s. (použitelnosti) Napětí pod rohem obdélníka rovnoměrně zatíženého

Page 44: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

2. m.s. (použitelnosti) Napětí pod charakteristickým bodem obdélníka

rovnoměrně zatíženého

Page 45: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

2. m.s. (použitelnosti) Vliv hloubky založení – opravný součinitel κ1

Page 46: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

2. m.s. (použitelnosti) Vliv hloubky nestlačitelného podloží

– opravný součinitel κ1

Page 47: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

2. m.s. (použitelnosti) Druhy nerovnoměrného sedání

a) průhyb, b) rozdílné sedání dvou sousedních základů,

c) pootočení

Page 48: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

2. m.s. (použitelnosti) Časový průběh primární konzolidace

st = U.s; U – stupeň konzolidace

Page 49: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Příklad nerovnoměrného sedání stavby a) šikmá věž v Pise – geol. Profil, b) časový průběh sedání bodů 1, 2 a 3

Page 50: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Příklad stanovení mezních hodnot sedání staveb

Druh stavby Konečné

sedání /mm/

Nerovnoměrné sedání

Velikost Druh Velikost

1. Budovy a konstrukce, u nichž nedochází vlivem

ner. sedání k přídavným napětím 120 Δs/L 0,003

0,006

2. Konstrukce - staticky určité

- žb. staticky neurčité

- ocel. staticky neurčité

100

60

80

Δs/L

0,005

0,002

0,003

3. Vícepodlažní skelety – žb. s výplň. zdivem

- ocel. s výplň. zdivem

60

70

Δs/L

0,0015

0,0025

4. Vícepodlažní s nosnými stěnami

- zděné z cihel a bloků se ztužujícími věnci

- z žb. panelů a monolitického betonu

80

60

Δs/L

0,0015

0,0015

5. Tuhé žb. konstrukce – komíny do výšky 100 m

- komíny vyšší než 100 m

200

100

Δs/B

0,005

0,002

6. Jeřábové dráhy 50 Δs/L

0,0015

Page 51: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Příklad pro výpočet konečného sedání

základové patky

Zadání – základová patka B = 1,8 m, L = 1,8 m je založena v hl. D = 1,50 m, přitížení Eoed,i

z.s. σ = 250 kPa

Geotechnický profil od z.s.:

0,0 – 1,0: jíl písčitý F3, Eoed, = 10 MPa

1,0 – 2,0: písek hlinitý S3, Eoed, = 11MPa

2,0 – 3,0: písek S2, Eoed, = 15MPa

3,0 – 6,0: štěrk G2, Eoed, = 25MPa

6,0 - : pískovec R3, Eoed, = 80MPa

Podzemní voda nezastižena

Page 52: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Výpočet sedání základové patky

Číslo

vrstvy

Mocnost

vrstvy

h /m/

Vzdálenost

do stř. vrst

Z /m/

D/z

(D = 1,5

m)

Opravný

souč.

κ1

zr /z

(zr = 6,0

m)

Opravný

souč.

κ2

zr = κ1.

κ2

1 0,5 0,25 6,0 1,52 24,0 1,00 0,38

2 0,5 0,75 2,0 1,45 8,0 1,00 1,09

3 1,0 1,5 1,0 1,42 4,0 1,00 2,13

4 1,0 2,5 0,6 1,26 2,4 0,94 2,96

Page 53: Doc.Ing.Jan Masopust, CSc ČVUT Praha, Katedra geotechniky

Výpočet sedání základové patky - pokračování

zr /B

(B = 1,8

m)

Souč.I

model 1

(char.b.)

σz,i = I.σ

σ = 250

kPa

σor,,i,

(geostat.

nap.v zr

Opravný

souč.

m

Oed.

modul

Eoed,

/MPa/

σz,i - m.

σor,i

Sedání

s,i

/m/

0,211 0,69 172,5 33,8 0,2 10,0 165,74 0,0083

0,606 0,36 90,0 46,6 0,2 11,0 80,68 0,0037

1,183 0,22 55,0 65,3 0,3 15,0 35,41 0,0023

1,644 0,05 12,5 80,3 0,3 25,0 (-

11,59)

Σ=0,00143

= 14,3 mm