Download - Návrh plošných základov
![Page 1: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/1.jpg)
Návrh plošných základov
Cvičenie č. 3
![Page 2: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/2.jpg)
Návrh metódou medzného stavu únosnosti zahŕňa posúdenie:- celkovej stability,- únosnosti – odolnosti voči posúvaniu,- zaťaženia s veľkou excentricitou,- konštrukčných porúch zapríčinených pohybom základu.
Návrh metódou medzného stavu používateľnosti zahŕňa posúdenie:- sadania a pomerného sadania;- zakladania na skalných horninách: zohľadnenie ďalších aspektov návrhu,- konštrukčného návrhu plošného základu (dimenzovanie základového prvku),- prípravy základovej pôdy.
2
Návrh základovej konštrukcie je komplexnou úlohou, samotný návrh konštrukcie základu sa vykonáva spoločne s geotechnickými výpočtami základového prostredia
![Page 3: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/3.jpg)
Pri navrhovaní geotechnických konštrukcií sa rozlišujú 3 geotechnické kategórie
1. geotechnická kategóriaZahŕňa iba malé a relatívne jednoduché stavby, pre ktoré je možné zabezpečiť splnenie základných požiadaviek na základe skúsenosti a kvantitatívnym geotechnickým prieskumom so zanedbateľným rizikom.
Horninové prostredie v rozsahu stavebného objektu sa podstatne nemení, jednotlivé vrstvy majú približne stálu hrúbku a sú uložené vodorovne alebo takmer vodorovne.
Podzemná voda neovplyvňuje usporiadanie objektov a návrh ich konštrukcie.
Patria sem tieto geotechnické konštrukcie:•základy budov a konštrukcií s maximálnym zaťažením v stĺpe 250 kN,
v stene 100 kN/m alebo v základovej doske 100 kPa;•oporné múry a paženia výkopov s výškovým rozdielom max. 2,0 m;•výkopy nad hladinou podzemnej vody, hlboké max. 2,0 m, dostatočne vzdialené od susedných budov;•násypy a zárezy do výšky 3 m na stavbách pozemných komunikácií III. a IV. triedy, miestnych a účelových komunikácií. Zemné teleso nesmie byť v styku s tečúcou povrchovou vodou a hladina podzemnej vody musí byť minimálne 1,5 m pod pláňou. Sklon pôvodného terénu nesmie byť väčší ako 10%.
3
![Page 4: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/4.jpg)
2. geotechnická kategória
Patria sem tieto geotechnické konštrukcie:• základy budov do maximálne 10 nadzemných podlaží;• základy bežne zaťažených stavebných konštrukcií, ktoré sú citlivé na sadanie
a nerovnomerné sadanie;• pilótové základy;• steny a iné konštrukcie vyššie ako 2 m, ktoré podopierajú alebo zadržujú zeminu alebo vodu;• výkopy (stavebné jamy) do hĺbky maximálne 6 m;• piliere a oporné konštrukcie mostov;• násypy a zemné konštrukcie s výškou od 3 m do 10 m;• zárezy hlboké maximálne 15 m;• mostné konštrukcie do rozpätia maximálne 10 m;• horninové kotvy a iné kotviace systémy;• geotechnická konštrukcia 1. geotechnickej kategórie, ak jej výstavba môže ohroziť stabilitu
okolitého územia alebo by mohla spôsobiť neprimerané deformácie okolitých stavieb.
• Ak základová pôda alebo podložie geotechnickej konštrukcie zaradenej do 1. GK má
nepriaznivé vlastnosti (horninové prostredie v rozsahu stavebného objektu sa podstatne
mení, jednotlivé vrstvy majú premenlivú hrúbku, podzemná voda ovplyvňuje usporiadanie
objektov a návrh ich konštrukcie), alebo ju tvoria zvláštne zeminy, veľmi stlačiteľné zeminy
(organické naplaveniny, bahno, rašelina a pod.) alebo keď sa konštrukcia nachádza na území
zosuvnom, postihnutom banskou činnosťou a pod., zaradíme takúto konštrukciu do 2. GK.
4
![Page 5: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/5.jpg)
3. geotechnická kategória
Patria sem tieto geotechnické konštrukcie:• všetky konštrukcie, ktoré nie sú obsiahnuté v 1. a 2. geotechnickej
kategórii;• vysoké, veľmi členité a zložito zaťažené oporné zemné konštrukcie;• zemné konštrukcie z neštandardných ľahkých materiálov;• základy veľmi veľkých alebo nezvyčajných stavieb;• geotechnické konštrukcie s pravdepodobným rizikom seizmických
otrasov (oblasť I. podľa mapy seizmického rizika).
Navrhovanie geotechnických konštrukcií zaradených do 3. geotechnickej kategórie je individuálne, pričom požiadavky na prieskum a skúšanie horninového prostredia uvedené v Eurokóde 7 sú minimálnymi požiadavkami na navrhovanie v rámci tejto geotechnickej kategórie.
5
![Page 6: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/6.jpg)
Geotechnické navrhovanie na základe výpočtov
Navrhovanie podľa medzných stavov sa musí zakladať na:•modeloch konštrukcie,•zaťažení pre príslušné medzné stavy.
Je nutné overiť, že žiadny medzný stav nie je prekročený, ak sa v tých modeloch použijú príslušné návrhové hodnoty:•zaťažení; •charakteristík materiálov;•charakteristík výrobkov;•geometrických charakteristík.
6
repFd FF .
Mkd XX /
aaa nomd
![Page 7: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/7.jpg)
Geotechnické parametre horninového prostredia
Charakteristické hodnoty geotechnických parametrov sa môžu získať na základe:
• vyhodnotenia a interpretácie výsledkov terénneho prieskumu,• laboratórnych skúšok uskutočnených pri prieskume staveniska so
zohľadnením porovnateľných skúseností.
Tento spôsob sa používa pri navrhovaní konštrukcií zaradených do 2. a 3. GK.
Pre 1. GK sa môžu použiť porovnateľné skúsenosti a zdokumentované regionálne charakteristické hodnoty geotechnických parametrov na základe archívnych údajov z realizovaných prieskumov.
Počas výstavby sa musia kontrolovať skutočné geotechnické charakteristiky zemín a skalných hornín s predpokladanými vlastnosťami v návrhu v súlade s Eurokódom 7, kapitola 4 (Stavebný dozor, monitorovanie a údržba).
Pre 1. GK postačuje vizuálna obhliadka staveniska a záznam opisu zemín vo výkopoch.
7
![Page 8: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/8.jpg)
Medzné stavy únosnosti
je nutné overiť, že nie je prekročený, alebo že nenastane žiadny z nasledujúcich medzných stavov:strata rovnováhy konštrukcie alebo horninového prostredia, považovanej za tuhé teleso, v ktorej je na stanovenie odolnosti pevnosť konštrukčných materiálov a horninového prostredia bezvýznamné (EQU);vnútorné porušenie alebo nadmerná deformácia konštrukcie alebo konštrukčných prvkov, vrátane napríklad pätiek, pilót alebo stien v podzemí. Na stanovenie odolnosti je významná pevnosť konštrukčných materiálov (STR);porušenie alebo nadmerná deformácia horninového prostredia. Na stanovenie odolnosti je významná pevnosť zemín alebo skalných hornín (GEO);strata rovnováhy konštrukcie alebo horninového prostredia vztlakom (buoyancy) alebo vertikálnym zaťažením (UPL);hydraulické porušenie dna, vnútorná erózia a erózia horninového prostredia podzemnou vodou, spôsobené hydraulickým gradientom (HYD);
Medzný stav GEO je často kritický pre rozmery konštrukčných prvkov, zahrnutých v základoch alebo oporných konštrukciách a niekedy aj pevnosť konštrukčných prvkov.
8
![Page 9: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/9.jpg)
Overenie medzných stavov odolnosti konštrukcie (STR) horninového prostredia (GEO) pre trvalé a dočasné situácie
Ak sa uvažuje s medzným stavom porušenia alebo nadmernej deformácie konštrukčného prvku alebo časti horninového prostredia (STR a GEO), musí sa preukázať, že:
kde: Ed je návrhová hodnota účinkov zaťaženia,
alebo
Rd je návrhová hodnota únosnosti voči zaťaženiu.
9
dd RE
dMkrepFd aXFEE ;/;. dMkrepEd aXFEE ;/;.
dMkrepFd aXFRR ;/;. RdkrepFd aXFRR /;;. RdMkrepFd aXFRR /;/;.
F - zaťaženieX - vlastnosti horninového prostredia R - únosnosť
![Page 10: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/10.jpg)
Návrhové postupy
Výber návrhového(ých) postupu(ov) si každá krajina stanovuje v národnej prílohe k Eurokódu 7. Slovensko sa rozhodlo (STN EN 1991-1/NA, Apríl 2010), používať návrhový postup 2 a pre posudzovanie celkovej stability a numerické metódy návrhový postup 3.
A – zaťaženie (A1 pre zaťaženia konštrukcie, A2 pre geotechnické zaťaženia) ⟹ F, (E)
M – materiálová vlastnosť ⟹ M
R – únosnosť / odolnosť ⟹ R
10
Návrhový postup
Symbol* Kombinácia
1DA1-C1 A1 "+" M1 "+" R1
DA1-C2 A2 "+" M2 "+" R1
2 DA2 A1 "+" M1 "+" R2
3 DA3A1 alebo A2 "+" M2 "+"
R3
![Page 11: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/11.jpg)
Zaťaženie SymbolSkupina
A1 A2
trvalénepriaznivé
G
1,35 1,0
priaznivé 1,0 1,0
premennénepriaznivé
Q
1,5 1,3
priaznivé 0 0
11
Parciálne súčinitele zaťažení (F) alebo účinkov zaťaženia (E)
![Page 12: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/12.jpg)
Parciálne súčinitele parametrov zemín (M)
Parameter zeminy SymbolSkupina
M1 M2uhol vnútorného trenia * φ΄ 1,0 1,25efektívna súdržnosť c΄ 1,0 1,25šmyková pevnosť za neodvodnených podmienok
cu 1,0 1,4
jednoosová pevnosť qu 1,0 1,4objemová tiaž 1,0 1,0* tento súčiniteľ sa aplikuje na tgφ΄
Parciálne súčinitele (R) plošných základov
Únosnosť SymbolSkupina
R1 R2 R3
zvislá únosnosť R,v 1,0 1,4 1,0
vodorovné posunutie R,h 1,0 1,1 1,0
12
![Page 13: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/13.jpg)
Hĺbka založenia
13
U.T.
d
Hĺbka zakladania na posúdenie základov podľa I. skupiny medzných stavov sa uvažuje ako minimálna vzdialenosť medzi základovou škárou a upraveným povrchom územia.
d
P.T.
Hĺbka zakladania na posúdenie základov podľa II. skupiny medzných stavov sa pre výpočet priťaženia v základovej škáre σol uvažuje ako zvislá vzdialenosť medzi základovou škárou a pôvodným povrchom územia.
![Page 14: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/14.jpg)
Okrem účelových hľadísk sa pri návrhu hĺbky zakladania uplatňujú aj hľadiská konštrukčné.
V závislosti od inžinierskogeologických a hydrogeologických pomerov staveniska sa určuje hĺbka zakladania s ohľadom na stabilitu a sadanie konštrukcie tak, aby sa vylúčili alebo obmedzili nepriaznivé účinky:•okolitého prostredia na základovú pôdu (napr. zmrašťovanie, premŕzanie, stekuťovanie),•na susedné objekty.
Pokiaľ nie je možné nepriaznivé účinky celkom vylúčiť, je nutné pôsobenie na tieto objekty posúdiť.
14
![Page 15: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/15.jpg)
Klimatické vplyvy
Premŕzanie a vysychanie základovej pôdy svojimi dôsledkami ovplyvňujú hĺbku zakladania.Z hľadiska premŕzania sa stanoví najmenšia hĺbka založenia takto:•pri definitívnych stavbách založených na zeminách je potrebné základovú škáru voliť pod hĺbkou premŕzania, t.j. najmenej 0,8 m pod upraveným povrchom územia;•pri základoch na zeminách preukázateľne chránených proti premŕzaniu a pri základoch provizórnych konštrukcií môže byť hĺbka základovej škáry menšia, najmenej však 0,4 m.Hĺbku zakladania je potrebné zväčšiť v oblastiach, kde je hodnota súčinu počtu mrazových dní v súvislom období a priemernej zápornej teploty príslušnej pre tieto mrazové dni (tzv. mrazový index) väčšia ako 625.•Ak základovú pôdu tvoria objemovo nestále zeminy, stanoví sa najmenšia hĺbka 1,6 m pod upraveným povrchom územia. Toto ustanovenie neplatí pri dočasných stavbách. •Pri zakladaní na skalných horninách sa hĺbka zakladania stanovuje individuálne podľa odolnosti skalnej horniny proti klimatickým vplyvom.•Pri základoch s takým konštrukčným usporiadaním, ktoré odoláva dôsledkom premŕzania alebo vysychania podložia, je možné hĺbku základovej škáry určiť individuálne. 15
![Page 16: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/16.jpg)
Posúdenie prekročenia medzného stavu únosnostiNávrhová únosnosť základovej pôdy alebo odolnosť horninového prostredia závisí od:•mechanických a fyzikálnych vlastností horninového prostredia, •homogenity, izotropie,•rozmerov, tvaru, hĺbky a prípadne od tuhosti základovej alebo inej geotechnickej konštrukcie, •mimostrednosti a šikmosti zaťaženia,•hladiny podzemnej vody.Na výpočet únosnosti sa používajú efektívne alebo totálne návrhové charakteristiky šmykovej pevnosti horninového prostredia v závislosti od rýchlosti priťažovania, priepustnosti, stupňa nasýtenia a stupňa prekonsolidácie horninového prostredia.
Pri posúdení prekročenia medzného stavu únosnosti posudzujeme:•zvislé silové účinky
•vodorovné silové účinky
16
dd σR
ddh HAR
![Page 17: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/17.jpg)
Výpočet únosnosti základovej pôdy pre neodvodnené podmienky
Návrhová únosnosť základovej pôdy pre neodvodnené podmienky sa stanoví podľa vzťahu:
s bezrozmernými súčiniteľmi pre:
-- tvar základu:
sc = 1 + 0,2 (B´/L´) pre pravouhlý tvar základu;
sc = 1,2 pre štvorcový alebo kruhový tvar.
-- odklon zaťaženia spôsobený vodorovným zaťažením H:
pre H ≤ A' . cud;
kde: qd je návrhová hodnota priťaženia alebo povrchového zaťaženia v úrovni
základovej škáry (kN.m-2);
R parciálny súčiniteľ únosnosti, pre návrhový postup 2 sa rovná 1,4;
cud návrhová hodnota totálnej/neodvodnenej pevnosti zemín, cud = cuk/cu;
cuk charakteristická hodnota totálnej/neodvodnenej pevnosti zemín cu;
cu parciálny súčiniteľ totálnej/neodvodnenej pevnosti zemín, pre návrhový postup 2 sa rovná 1,0.
17
Rdccd,ud γ/qisc2πR
)
cA
H11
2
1i
d,uc
![Page 18: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/18.jpg)
Zadanie č. 3aNavrhnite a posúďte veľkosť základu pod stĺp rozmerov 0,5*0,5 m v hĺbke založenia
D = 1,4 m, ktorý má preniesť zvislé návrhové zaťaženie Vd = 500 kN. Základovú pôdu tvorí íl štrkovitý tuhej konzistencie F2 (CG) ( = 19,5 kN.m-3, cu = 80 kPa, φu = 0°); b = 25,0 kN.m-3; z = 20,0 kN.m-3
Návrh: zvolíme rozmery základu
B = L = 1,5 m vypočítame výšku základu pre prostý betón
t = 2/3B = 1,0 m vypočítame tiaž základovej pätky a zásypu:
GP + GZ = (B∙L∙t∙b∙F) + ((B∙L - BS∙LS)∙(D – t)∙z∙F) = ....... kN upravená zvislá zložka zaťaženia
Vd + GP + GZ = ....................kN vypočítame únosnosť základovej pôdy Rd pre neodvodnené podmienky
Rd = (( + 2)cu,d∙sc∙ic + qd)/R = (.............)/1,4 = ................... kPa vypočítame potrebnú efektívnu plochu základu A'
A' = (Vd + GP + GZ)/Rd = ................ m2
vypočítame min. rozmery pätky B' = L' = √A' = √............ = ............... m
návrh rozmerov pätky B/L/t = .................... m
18
U.T.
D
Vd
![Page 19: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/19.jpg)
Posúdenie základu:
vypočítame tiaž základovej pätky a zásypu:
GP + GZ = (B∙L∙t∙b∙F) + ((B∙L - BS∙LS)∙(D – t)∙z∙F) = ....... kN
posúdime návrh z hľadiska I. skupiny MS - únosnosti
d = (Vd + GP + GZ)/A' Rd → .................... .............. kPa
Návrh základu vyhovuje/nevyhovuje (ak návrh nevyhovuje navrhneme opatrenia, zmeníme návrh základu)
Posúdime: vyloženie základu
tgα = t/a = t/((B – BS)/2) = ..............=............ > 1,4 vyloženie vyhovuje pre prostý betón
% využiteľnosti základu
%Rd = (d / Rd).100 = .......% > 90 – 95% vyhovuje/nevyhovuje
19
![Page 20: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/20.jpg)
Zadanie č. 3bNavrhnite založenie stĺpa (300/500 mm), ktorý má preniesť návrhové zaťaženie Fd = 1208 kN odklonené
od zvislice
o uhol θ =15°. Základovú pôdu tvorí íl štrkovitý tuhej konzistencie F2 (CG) ( = 19,5 kN.m-3, cu = 80 kPa, φu = 0°);
b = 25,0 kN.m-3; z = 20,0 kN.m-3
Návrh: zvolíme hĺbku základovej škáry
D = ....... m zvolíme rozmery základu
B = L = ................... m, podľa podmienky H ≤ A' . cud vypočítame výšku základu
t = 2/3B = ................ m vypočítam tiaž základovej pätky a zásypu:
GP + GZ = ........................ kN stanovíme vertikálnu a horizontálnu zložku výslednice zaťaženia
Vd = Fd ∙ cosθ = ............. kNHd = Fd ∙ sinθ = ............. kN
upravená zvislá zložka zaťaženia
Vd + GP + GZ = ....................... kN vypočítame únosnosť základovej pôdy Rd pre neodvodnené podmienky
Rd = (( + 2)cu,d∙sc∙ic + qd)/R = (.............)/1,4 = ................... kPa
H ≤ A' . cud .................... < .................... = ....... kN podmienka vyhovuje
vypočítame potrebnú efektívnu plochu základu A'
A' = (Vd + GP + GZ)/Rd = ................... m2
20
D
Fd
U.T.
..................cA
H11
2
1i
d,uc
![Page 21: Návrh plošných základov](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022081420/568144c8550346895db18fbe/html5/thumbnails/21.jpg)
Posúdenie základu:
vypočítame tiaž základovej pätky a zásypu:
GP + GZ = (B∙L∙t∙b∙F) + ((B∙L - BS∙LS)∙(D – t)∙z∙F) = ....... kN
excentricitu vplyvom sily H pre zjednodušenie zanedbáme
vypočítame únosnosť základovej pôdy Rd pre neodvodnené podmienky podľa vzťahu:
Rd = (( + 2)cu,d∙sc∙ic + qd)/R = (.............)/1,4 = ................... kPa
H ≤ A' . cud .................... < .................... = ....... kN podmienka vyhovuje
posúdime návrh z hľadiska I. skupiny MS - únosnosti
d = (Vd + GP + GZ)/A' Rd → .................... .............. kPa Návrh základu vyhovuje/nevyhovuje
Posúdime: vyloženie základu
tgα = t/a = t/((B – BS)/2) = ..............=............ > 1,4 vyloženie vyhovuje pre prostý betón
% využiteľnosti základu
%Rd = (d / Rd).100 = .......% > 90 – 95% vyhovuje/nevyhovuje21
........cA
H11
2
1i
d,uc
vypočítame min. rozmery pätky
B' = L' = √A' = √..................... m
návrh rozmerov pätky: B/L/t = ........ m