Nejnebezpečnější pro konstrukce budov a staveb jsou nerovnoměrné deformace podkladu, které způsobují dodatečné síly v konstrukcích. Navíc, čím větší je deformace, tím větší mohou být síly, které při určité velikosti vedou ke vzniku trhlin ve strukturách.

Hlavní příčiny nerovnoměrných deformací jsou:

– nerovnoměrná stlačitelnost zemin z důvodu jejich heterogenity, zaklínění a nerovnoběžnosti jednotlivých vrstev

– nerovnoměrné zatížení základů, které si vynucuje různé velikosti jejich základny, a to při stejné intenzitě tlaku na základ způsobuje nerovnoměrné sedání zhutnění;

– nerovnoměrné navlhčení sesedacích a bobtnajících zemin, vedoucí k různým deformacím (sedání nebo vzlínání základů);

– nesouběžné zatížení základů při výstavbě a provozu budov, zejména při výstavbě budov v blízkosti stávajících;

– nerovnoměrné rozložení zatížení na podlahách průmyslových budov, jakož i přítomnost proměnlivého zatížení v blízkosti budovy nebo konstrukce.

Mezní hodnoty pro sedání základů

Konstrukce budov a typ základů

Budovy s nevyztuženými cihelnými zdmi na pásových a samostatně stojících základech s poměrem délky stěny L k její výšce H (počítáno od paty základu)

L:H více než nebo = 2,5

L:H více než nebo = 1,5

Budovy s cihlovými stěnami vyztuženými železobetonovými nebo vyztuženými cihlovými pásy

Budovy s rámem podle kompletního schématu

Pevné železobetonové základy pro komíny, sila, vodárenské věže atd.

Změna stlačitelnosti podkladu je charakterizována poměrem Emax: Emin (extrémní hodnoty průměrných hodnot modulů deformace zjištěné z jam nebo studní v rámci tloušťky stlačitelné zeminy stavební plochy.

Výpočtové experimentální metody pro stanovení sedání základů.

Vzhledem k tomu, že konstrukce budovy nebo stavby podléhají největším deformacím během plného vývoje, omezuje sedání na konci stabilizačního období tyto hodnoty sedání, nazývané konečné nebo jednoduše sedání. Poslední termín, jako kratší termín, bude dále používán, protože níže je uvažován pouze výpočet konečného vypořádání. Sedání základu je tedy jeho úplný vertikální pohyb v důsledku deformace základové půdy, která se v průběhu času pomalu vyvíjí. Sednutí vrstvy zeminy je množství, o které se její tloušťka zmenšuje v důsledku deformace zeminy této vrstvy. Bylo vyvinuto sedmnáct metod pro výpočet vypořádání. V projekční praxi se však ve většině případů používají dvě hlavní metody: metoda sumační a metoda ekvivalentní vrstvy. Analýza všech metod výpočtu by zabrala spoustu času, proto se zaměříme pouze na některé z nich.

ČTĚTE VÍCE
Proč nemůžete otevřít okna, když je klimatizace zapnutá?

Stanovení vypořádání sumační metodou

Uvažovaná metoda výpočtu je založena na následujících předpokladech: 1) zemina pod základem nemá boční dilataci; 2) vertikální deformace vrstev zeminy jsou přímo úměrné napětím pz, klesající s hloubkou; 3) v hloubkách, kde je dodatečné napětí pz menší než 20 % hmotnosti nadložních vrstev zeminy (přirozený tlak), se má za to, že zemina nedeformuje; 4) napětí pz jsou určena ve středu zatížení pomocí metod teorie pružnosti bez zohlednění změn deformačních charakteristik zeminy v hloubce; 5) bezrozměrný součinitel p, v závislosti na součiniteli maximální roztažnosti zeminy, se bere pro všechny typy zeminy rovný 0,8 a je považován za součinitel korigující zjednodušené schéma výpočtu; 6) tuhost základů a nástaveb se nebere v úvahu. Na základě výše uvedených předpokladů se sedání základu vypočítá pomocí vzorce:

kde n je počet vrstev, na které je rozdělena stlačitelná tloušťka základny; hi je tloušťka i-té vrstvy půdy v cm; Ei je modul celkové deformace i-té vrstvy v kg/cm2; β je bezrozměrný koeficient rovný 0,8; pZi je poloviční součet vertikálních normálových napětí v kg/cm2, které vznikají na horních a dolních hranicích i-té vrstvy zeminy z tlaku přenášeného základem, vypočtený pomocí vzorce (39). V případě zohlednění vlivu zatížení sousedních základů se navíc ke každému uvažovanému základu vypočítají svislá normálová napětí pomocí vzorce (42). Při určování tloušťky stlačitelné tloušťky základu se řídí následující podmínkou:

kde pz jsou svislá napětí v hloubce z, vyplývající ze zatížení uvažovaného základu a určená vzorcem (39). V případech, kdy je nutné vzít v úvahu zatížení sousedních základů, se pz vypočítá pomocí (42); Rbg je přirozený tlak určený vzorcem (37). SNiP doporučuje následující metodu pro posouzení potřeby vzít v úvahu zatížení sousedních základů.

Má se za to, že sedání jednotlivých základů by měla být určena s přihlédnutím k vlivu zatížení od sousedních základů v případech, kdy platí podmínka: Kg Lf ≤ Lg, (49) kde Lf je skutečná vzdálenost mezi osami základů v cm; Lg – vzdálenost získaná z grafů (viz obr. 13), v cm; Kt – koeficient určený vzorcem:

b je šířka základny základu, jejíž vliv je třeba zohlednit, v cm E je modul deformace zeminy, brán jako průměr v rámci stlačitelné tloušťky, v kg/cm2; 0,6 je koeficient o rozměru v cm3/kgG. Hodnota Lg pro pravoúhlé základy s mezihodnotou poměru l/b se určí interpolací.

ČTĚTE VÍCE
Jak zapojit LED lampu místo zářivky?

Rýže. 13. Grafy pro stanovení vzdálenosti mezi osami základů v případě zohlednění vlivu zatížení sousedního základu: a – pro čtvercový základ; b – pro obdélníkový základ s l/b ≥ 5.

Vzhledem k tomu, že metodu doporučenou SNiP nelze použít ve všech případech (například v přítomnosti dvou sousedních základů umístěných v různých vzdálenostech od toho, který se počítá), je vhodné vzít v úvahu nejjednodušší přibližný odhad potřeby vzít v úvahu zatížení sousedních základů nebo povrchu půdy užitečným zatížením.

Jako první aproximace je třeba vzít v úvahu všechna zatížení působící ve vzdálenosti menší, než je tloušťka stlačitelné tloušťky základu, která se počítá. Nejprve je třeba přibližně odhadnout tloušťku této vrstvy. Při výpočtu se objasňuje v závislosti na napětí jak od zatížení počítaného základu, tak od sousedních.

Výpočet sedání základů metodou ekvivalentních vrstev

Sumační metoda, jak ukazují výše uvedené příklady, je těžkopádná. Navíc není přesná, protože je založena na řadě dříve uvedených předpokladů. V mnoha případech lze sedání základu vypočítat pomocí jednodušší metody ekvivalentních vrstev. Hlavní předpoklady uvažované metody pro silnou vrstvu homogenní zeminy: 1) homogenní zemina má nekonečné rozložení a v rámci polovičního prostoru; 2) deformace v poloprostoru jsou úměrné napětím, tj. poloprostor je lineárně deformovatelný; 3) deformace poloprostoru jsou stanoveny metodami teorie pružnosti. Z teorie pružnosti je známo, že sedání povrchu lineárně deformovatelného poloprostoru lze zjistit vzorcem:

kde ω je součinitel sedání v závislosti na tvaru ložné plochy, tuhosti základu a umístění bodu, ve kterém se zjišťuje sedání; рд je intenzita působícího tlaku deformujícího uvažovaný poloprostor (základní zeminy), v kg/cm2; b je šířka ložné plochy v cm; E je modul obecné deformace zeminy v kg/cm2; μ je součinitel příčné roztažnosti základové půdy. Tento vzorec zohledňuje omezenou příčnou roztažnost základových půd a jejich deformaci pod vlivem všech složek napětí.

Výpočet sedání ve vrstevnatých zeminách

Je navrženo přibližné řešení pro stanovení sedání základů pro vrstevnatý výskyt různých zemin. Napěťové diagramy složitých tvarů se doporučuje nahradit celkovým ekvivalentním trojúhelníkovým diagramem zhutňovacích tlaků (obr. 16), pod jehož vlivem se vyvine sedání rovné sedání určenému vzorcem (56). Z této polohy se zjistí výška trojúhelníkového diagramu těsnicích tlaků:

ČTĚTE VÍCE
Kolik stojí ruční kopání příkopu pro zásobování vodou?

Hodnota H je uvažována jako mohutnost aktivní zóny, ve které se půda prakticky deformuje působením hutňovacích tlaků rozložených podél trojúhelníkového diagramu. V tomto případě, pokud je v tloušťce jádra několik vrstev zeminy, doporučuje se určit průměrnou hodnotu koeficientu relativní stlačitelnosti a0m pomocí vzorce:

Kde hi je tloušťka i-té vrstvy půdy v aktivní zóně, rovna 2 hs v cm; а0i—relativní koeficient stlačitelnosti i-té vrstvy

půda v cm2/kg; Zi je vzdálenost od bodu odpovídající hloubce 2 hs do středu i-té vrstvy (obr. 17) v cm; hs je tloušťka ekvivalentní vrstvy v cm; n je počet vrstev v aktivní zóně. Vzorec (61) lze také použít s plynulou změnou sníženého koeficientu stlačitelnosti zeminy podél hloubky jednotlivé vrstvy. V tomto případě musí být vrstva rozdělena na části, ve kterých lze hodnotu relativního stlačitelnosti považovat za konstantní.

Při znalosti průměrného koeficientu relativní stlačitelnosti vrstevnaté zeminy lze snadno určit sedání základu pomocí již známého vzorce: S = hsa0mPд(62) V tomto případě při stanovení hodnoty koeficientu ekvivalentní vrstvy podle tabulky. 13 vezměte průměrnou hodnotu koeficientu příčné roztažnosti zeminy μ.

Obr. 16. Výpočtový diagram ekvivalentního diagramu.

Výpočet sedání základů pomocí Egorovovy metody

Při výpočtu sedání základu se vychází z následujících předpokladů: 1) tloušťka deformující zeminy je omezena na tloušťku; 2) deformace v každé vrstvě jsou úměrné napětí, tj. zemina každé vrstvy je lineárně deformovatelná; Stanoví se 3 deformace jednotlivých vrstev se zohledněním všech složek napětí; 4) sedání základu se rovná průměrnému sedání povrchu půdy pod vlivem rovnoměrně rozloženého zatížení; 5) tuhost základu se nebere v úvahu; 6) rozložení napětí ve vrstvě zeminy se bere v souladu s problémem homogenního poloprostoru a tuhost podkladové vrstvy je zohledněna korekčním faktorem M.

Vzorec pro konečné zúčtování je odvozen:

kde b je šířka základu; рд – průměrný tlak, pod jehož vlivem je základní půda zhutněna; Ei je deformační modul i-té vrstvy zeminy; Ki je koeficient závislý na tvaru podešve a poměru H/b, stanovený z tabulky. 14. M je koeficient, který bere v úvahu koncentraci napětí v přítomnosti tuhé podkladové vrstvy (akceptováno podle tabulky 14). Součinitel M současně zohledňuje absenci pohybů podél styku stlačitelné vrstvy zeminy a podložního nedeformovatelného masivu. Hodnota M závisí na Poissonově poměru μ = 0,30. Mocnost aktivní zóny H, v rámci které by měly být zohledněny deformace základových půd, nelze touto metodou určit, proto se při absenci podložních hornin určuje podle součtové metody. Navíc tato metoda zatím neumožňuje určit sedání základů s ohledem na vliv zatížení přilehlých ploch a základů. Je však velmi cenné, že tato metoda neurčuje deformace pod vlivem jedné složky napětí, ale bere v úvahu stav napětí v každé uvažované lineárně deformovatelné vrstvě.

ČTĚTE VÍCE
Je možné si v těhotenství dát polštář pod břicho?

Stanovení sedimentu metodou rohových bodů (pomocí ekvivalentní vrstvy)

Tato metoda se používá ke stanovení sedání pružných základů nebo k zohlednění vlivu sedání přilehlých základů.

Výpočet sedání základů pomocí metody ekvivalentní vrstvy (N.A. Tsytovich) umožňuje určit sedání základu v libovolném bodě základu. Především to platí pro rohový bod, pro který autor sestavil tabulky pro zjištění hodnot Aωos, které umožňují vypočítat hodnotu on.

Níže uvedený obrázek ukazuje základní schémata pro výpočet ekvivalentní vrstvy a sedání základů v libovolných bodech. Stejnou technikou je možné určit sedání základů (B) s přihlédnutím k vlivu sousedních základů (A). V tomto případě je možné algebraickým sečtením tlouštěk ekvivalentních vrstev zeminy zjištěných pro různé oblasti (v jejich rozích) určit konečné hodnoty sedání.

Schémata pro možnost stanovení sedání základů a vzájemného ovlivnění základů metodou rohových bodů.

Potom sedání základu (B) může být určeno výrazem:

S=on mvP; kde je určen algebraickým součtem ekvivalentních vrstev oblastí 1, 2, 3, 4. he = hev + he1 + he2-he3-he4 (viz schéma na obrázku).

Podobným způsobem můžete určit vypořádání nadace (A) s přihlédnutím k vlivu nadace (B).

Takové problémy vznikají při navrhování základů a budov sousedících se stávajícími budovami. Tento úkol je zvláště důležitý v podmínkách výstavby s hustou městskou zástavbou.

Účelem výpočtu základů na základě deformací je omezit absolutní a relativní pohyby základů, ale i nadzákladových konstrukcí na takové limity, aby byl zaručen běžný provoz konstrukce a nebyla snížena její životnost v důsledku výskytu nepřijatelné sedání, stoupání, kolísání a průhyby.

Výpočet základů na základě deformací se provádí na základě stavu

kde s  deformace spoje podkladu a konstrukce, stanovená výpočtem;  mezní hodnota kombinované deformace základu a konstrukce (viz také F.4.5).

33. Jaké deformace jsou pro konstrukce nejnebezpečnější?

Nejnebezpečnější pro konstrukce budov a staveb jsou nerovnoměrné deformace podkladu, které způsobují dodatečné síly v konstrukcích. Navíc, čím větší je deformace, tím větší mohou být síly, které při určité velikosti vedou ke vzniku trhlin ve strukturách.

Hlavní příčiny nerovnoměrných deformací jsou:

 nerovnoměrná stlačitelnost zemin v důsledku jejich heterogenity, vyklínování a nerovnoběžnosti jednotlivých vrstev (obr. F.10.3);

ČTĚTE VÍCE
Jaké napětí jde na ventil přívodu vody v pračce?

Obr.F.10.3. Vyklínování vrstev zeminy různé stlačitelnosti pod konstrukcí

 nerovnoměrné zatížení základů, které si vynucuje různé velikosti jejich základny, a to při stejné intenzitě tlaku na základ způsobuje nerovnoměrné sedání zhutnění;

 nerovnoměrné navlhčení sesedacích a bobtnajících zemin, vedoucí k různým deformacím (sedání nebo vzlínání základů);

 nesouběžné zatěžování základů při výstavbě a provozu budov, zejména při výstavbě budov v blízkosti stávajících;

 nerovnoměrné rozložení zatížení na podlahách průmyslových budov, jakož i přítomnost proměnlivého zatížení v blízkosti budovy nebo konstrukce.

34. Jak se normalizují hodnoty deformací základů?

Výpočet základů na základě deformací se provádí na základě stavu společného provozu konstrukce a základu. V tomto případě se deformace spoje posuzuje pomocí následujících vypočtených ukazatelů, jejichž hodnoty by neměly překročit jejich normované hodnoty (viz F.5.6, F.5.7):

– absolutní sedání základu samostatného základu s;

 průměrné sedání základu stavby;

 relativní nerovnoměrné sedání dvou základů  s/L;

– sklon základu nebo konstrukce jako celku i;

– relativní vychýlení nebo prohnutí f/L  poměr šipky průhybu nebo ohybu k délce jedinečně ohnutého úseku konstrukce;

– zakřivení ohybové části konstrukce 1/R;

 relativní úhel natočení konstrukce;

– horizontální pohyb základu u.

Průměrný ponor je určen vzorcem

kde si – absolutní návrh izáklad se základní plochou Ai.

35. Jak se určují normalizované (mezní) hodnoty deformace základny?

Mezní hodnoty deformace základny jsou stanoveny pomocí tabulkové přílohy 4 SNiP [1], kde jsou uvedeny doporučené hodnoty: relativní rozdíl v sedání  s/L, průměrné sedání základny a základový válec i. Tyto hodnoty byly získány na základě dlouhodobého pozorování deformací budov a konstrukcí s různým konstrukčním řešením (viz také otázka F.10.7).