Přístavba rodinného domu na podloží s neogenními jíly
Článek popisuje sedání přístavby rodinného domu založeného na zeminách náchylných k objemovým změnám z titulu vysychání. Poukazuje na okolnost, že v případě posílení základů provrtáním základových pásů a realizací mikropilot přes tyto vrty došlo k aktivaci posílení až po opakovaném vzniku trhlin v horní stavbě a konsolidace podloží byla v podstatné míře ukončena až patnáct let po dokončení přístavby.
Absolvent Fakulty stavební VUT v Brně. Pracoval ve Stavoprojektu Olomouc, od roku 2005 má vlastní statickou kancelář. V ČKAIT je autorizován pro obory pozemní stavby, statika a dynamika staveb. V letech 1992–1996 byl zkušebním komisařem v oboru statika a dynamika staveb, v letech 1998–2014 byl členem Dozorčí rady ČKAIT, v posledních šesti letech jejím předsedou. Byl dvacet let soudním znalcem v oboru statika stavebních konstrukcí, poruchy a rekonstrukce.
V roce 2002 byla vypracována projektová dokumentace dvoupodlažní přístavby rodinného domu v Olomouci na podloží z neogenních jílů mocnosti mnoha desítek metrů, a to v oblasti, která dříve byla močálovitou. U mnoha starších rodinných domů této lokality byl v období suchých roků zaznamenán výskyt trhlin, svědčících o dodatkovém sedání základů. Původní rodinný dům bez přístavby byl postaven v roce 1936 a podloží pod ním je téměř plně konsolidováno. Autor projektu si byl vědom rizika, že přístavba může být postižena dosedáním v extrémních obdobích sucha a že zeminy mohly být objemově nestálé. Zejména se jednalo o vnější obvodový základový pás z betonu C16/20, vyztužený v rozích čtyřmi profily 14mm oceli 10505, uložený na tlakem dosud nestlačeném podloží.
Statické schéma řešené přístavby
Jak je zřejmé z obr. 1, přístavba nebyla řešena formou oddělení dilatační spárou od stávající části domu, jak by bylo správné z hlediska chování starších a novějších částí domu (správným klasickým řešením se jeví dva samostatné dilatační celky s dostatečně širokou dilatační spárou). To by však způsobilo zase jiné konstrukční a finanční problémy (minimálně dvojí zdi). Projektant chtěl, aby byly důsledně propojeny ztužující věnce obou částí domu v úrovni stropů a základy neměly příliš vysoké kontaktní napětí v základové spáře. Věnce tudíž byly propojeny se starou částí domu chemicky kotvenými betonářskými pruty 10505 metodou Hilti.
Kontaktní napětí pod základovými pásy mělo hodnotu cca 105 kPa (kN/m2) v úrovni charakteristických zatížení (charakteristické zatížení bylo v dříve platných normách označováno termíny provozní nebo normové), sedání bylo spočteno v řádu cca 5–8 mm. Modul přetvárnosti zeminy byl uvažován hodnotou Edef = 5000 kPa. Pod základovými pásy byl proveden konstrukční, ručně dusaný podsyp ze štěrkopísku v mocnosti 300 mm. Hloubka založení činila minimálně 1,5 m od povrchu terénu. Zeminy se jevily v úrovni základové spáry i o 500 mm níže jako tuhé, až polopevné. Přístavba byla dokončena v roce 2005.
Chování přístavby po dokončení díla
Po roce 2005 (termín zhotovení díla) nevznikly přibližně dva roky žádné problémy, později se v suchých obdobích objevily svislé trhlinky mocnosti maximálně 1,5 mm mezi starým a novým zdivem (viz plná šipka v obr. 1) a šikmé trhlinky nad dutými horními otvory dveří v 1.NP (viz přerušované šipky v obr. 1). Směrování trhlinek dávalo signál, že se jedná o mírné vyklánění obvodových zdí vně přístavby. Náprava byla provedena sanací zednických a malířských prací. Po osmi letech, v roce 2013, byla realizována (podle obr. 3) posilující mikropilotáž šikmým provrtáním základových pásů z venkovního prostoru povrchu terénu, aby kombinovaným hloubkovým a plošným základem byla významně zvýšena hloubka založení. Tím se docílilo toho, že téměř celé délky mikropilot již byly v zóně, kde se během ročních cyklů téměř nemění vlhkost zemin. Kořeny mikropilot byly uvažovány i provedeny v délce minimálně 3,0 m. Vrty mikropilot byly průměru 150 mm, výztužná ocelová trubka byla užita v profilu 76/6 mm z oceli 11353.
Po realizaci mikropilot, provedených po vzniku trhlinek v řádu do 1,5 mm v přízemí (1.NP), nebylo touto úpravou bezprostředně aktivováno plášťové tření na obvodu vrtu mikropilot ve styku s jílovito-hlinitou zeminou, přenos svislého zatížení do půdy se nadále realizoval pouze přes základové pásy. Nebyla aktivována ani smyková únosnost v šikmém provrtání pásového základu. K tomu došlo až po dalším kroku, při další dílčí svislé deformaci základu (dílčím zabořením po velkém suchu), tedy po vzniku nových trhlinek v horní stavbě. Teprve poté došlo k interakci zmíněných prvků. Jednoduchým interakčním výpočtem na základě Winklerova modelu (pružných jednorozměrných pérových konstant symbolizujících pokles pilot) byla zjištěna míra spolupůsobení mikropilot s pásovým základem v intenzitě svislé osové síly do 15 kN na jednu mikropilotu, viz obr. 5. Únosnost mikropiloty ve smyku v kN přes základ podle ČSN EN 1992-1-1 je na obr. 4.
Závěr
Provedená sanace potvrdila, že pouhým provrtáváním základu bez dalšího posílení příčného propojení mikropilot se základovým pásem pomocí např. ocelových prvků, popisovaném ve zdroji [4] na str. 115, k interakci nemusí dojít – může být buď překročeno plášťové tření na obvodu mikropilot, nebo může dojít k prokluzu ve smyku přes základový pás a mikropilota je tlakově málo využita. Z toho důvodu je nutné věnovat takovému posílení únosnosti základů péči, nepřeceňovat míru využití únosnosti mikropilot zejména s ohledem na možný prokluz v základovém pásu, a to zejména v případě, kdy se jedná o mikropilotu plovoucí. Je to ovšem velmi problematické, neboť velká většina stavebníků rodinných domů není příznivě naladěna pro zpracování a objednání geologických průzkumů nebo objednání zvýšené pracnosti statického řešení.
Takové spolupůsobení mikropilot (uvažuji je obvykle do 20 % celkového svislého zatížení základové spáry) ukazuje na okolnost, že může být s interakcí uvažováno, byť se dílem jedná o spekulativní přístup k problematice. Z textu je zřejmé, že k přijatelné konsolidaci u tohoto typu podloží s vysycháním půdy a změnami objemu zemin (předpokládá se stav, kdy již v horní stavbě nevznikají nové trhlinky vlivem přetváření geometrie domu) může u takového přístupu dojít až po cca patnácti letech od výstavby, může to být pochopitelně podle konkrétní situace na staveništi i jiné, tedy mírně dřívější nebo pozdější doba. Je velmi pravděpodobné, že by došlo ke konsolidaci podloží i bez příspěvku mikropilot, ale doba konsolidace by se prodloužila.
Zdroje:
[1] ČSN 731001 Základová půda pod plošnými základy (účinná od 1. ledna 1988, zrušena byla k 31. březnu 2010).
[2] ČSN EN 1997-1 Navrhování geotechnických konstrukcí (Eurokód 7) – část 1, 2006.
[3] ČSN EN 1992-1-1 Navrhování betonových konstrukcí (Eurokód 2), 2006.
[4] MASOPUST, Jan. Navrhování základových a pažicích konstrukcí. Praha: INFORMAČNÍ CENTRUM ČKAIT s.r.o., 2019.
[5] FEM 3, program VUT v Brně, Fakulty stavební, pro řešení rámových konstrukcí metodou konečných prvků, 1990.
Celý článek naleznete v archivu čísel (č. 10/2019).