Navrhování základových konstrukcí
V květnu letošního roku byla dokončena a do tisku předána nová česká norma pro zakládání staveb ČSN 73 1004: Navrhování základových konstrukcí – Stanovení požadavků pro výpočetní metody.
Nová norma ČSN 73 1004 nepřináší žádné nové a převratné poznatky v geotechnickém oboru, to ostatně ani není úkol norem. Je však praktickou příručkou zejména pro ty projektanty, pro něž návrh geotechnických konstrukcí není běžnou součástí jejich praxe. Přináší osvědčené a dlouhodobě používané postupy, jež jsou dostatečně bezpečné a spolehlivé.
Vypracování normy předcházely dlouhé odborné diskuse
Norma zohledňuje skutečnosti spojené s přechodem na soustavu Eurokódů, konkrétně ČSN EN 1997: Navrhování geotechnických konstrukcí a na zrušení ČSN 73 1001: Základová půda pod plošnými základy a 73 1002: Pilotové základy. Vypracování této normy předcházelo dlouhé období diskusí a předkládání různých návrhů, jež nakonec nebyly Stálou normalizační komisí v oboru Geotechnika při agentuře ČAS akceptovány a konečná verze byla před rokem zadána ČKAIT a na jaře letošního roku členy komise definitivně odsouhlasena.
Nová ČSN 73 1004 využívá klasifikaci základových půd podle ČSN P 73 1005, ČSN EN ISO 14688-1, ČSN EN ISO 14688-2, ČSN EN ISO 14689-1 a rovněž základní principy pro návrh základů pomocí mezních stavů při jejich odlišení podle tří základních geotechnických kategorií. Zaměřuje se na navrhování následujících nejpoužívanějších geotechnických konstrukcí při využití výpočetních modelů:
- plošné základy,
- pilotové základy,
- mikropilotové základy,
- sloupy tryskové injektáže pro osové zatížení.
Předmětem normy jsou jednoduché výpočetní metody pro návrh základových konstrukcí, založené zejména na konvenčních analytických metodách, ověřených dlouhodobým používáním zde uvedených postupů.
Norma podporuje dobré zkušenosti z praxe
Cílem normy je tedy zachování dosavadních dobrých zkušeností při navrhování běžných základových konstrukcí využívajících metodiku návrhu podle Eurokódu 7-1: Navrhování geotechnických konstrukcí, Část 1: Obecná pravidla. Jde o přehled a doporučení návrhových výpočetních metod, jež ve své praxi projektanti běžně používají, a s kterými jsou dobré zkušenosti.
Analytické výpočetní modely jsou nejčastěji využitelné pro druhou geotechnickou kategorii. Pro třetí geotechnickou kategorii převládají numerické výpočetní modely, zatímco pro první geotechnickou kategorii jsou typické návrhy na základě dosavadních zkušeností. To je ostatně v souladu s ČSN EN 1997-1, jež je rovněž určena zejména pro druhou geotechnickou kategorii.
Norma obsahuje tyto hlavní kapitoly: Předmluva; 1 Předmět normy; 2 Citované dokumenty; 3 Termíny, definice a značky; 4 Základní principy; 5 Plošné základy; 6 Pilotové základy; 7 Mikropiloty; 8 Sloupy tryskové injektáže osově namáhané; devatenáct příloh, obsahujících tabulky, grafy a obrázky potřebné pro konkrétní geotechnické výpočty.
Zařazení do geotechnické kategorie na základě inženýrskogeologického průzkumu
Jedním ze základních principů této normy je požadavek na stanovení geotechnických kategorií v souladu s ČSN EN 1997-1, přičemž základní zařazení do příslušné geotechnické kategorie se má uskutečnit již v rámci inženýrskogeologického průzkumu.
Za tím účelem se v současné době připravuje úprava a aktualizace normy ČSN 73 1005: Inženýrskogeologický průzkum, jež sice vyšla v roce 2018, ale zatím jako norma předběžná (P). Dle této normy je povinností průzkumu vytvořit tzv. inženýrskogeologický model včetně návrhu geotechnických typů (GT) a k nim přiřadit odvozené parametry geotechnických vlastností základové půdy.
Doporučuje se používat revizní protokol z Profesisu
V této souvislosti se pro všeobecné zlepšení jejich kvality doporučuje využívání Revizního protokolu o ověření dostatečnosti geotechnického průzkumu, jež vyšel v roce 2017 jakožto součást Profesisu.
Základní princip návrhu geotechnické konstrukce spočívá v ověření, že pro žádnou návrhovou situaci není překročen příslušný mezní stav a pro splnění této základní podmínky je nutné:
- specifikovat všechny relevantní návrhové situace,
- specifikovat příslušné mezní stavy pro návrhové situace,
- specifikovat zatížení příslušná pro návrhové situace,
- specifikovat geotechnické parametry příslušné pro návrhové situace,
- specifikovat charakteristické hodnoty geotechnických parametrů,
- specifikovat návrhový přístup.
Za základní návrhové situace využívané v této normě se považují:
- stav pro zatížení za neodvodněných podmínek spojený s krátkodobou (neodvodněnou) únosností, okamžitým (počátečním) sednutím (nasycené zeminy za neodvodněných podmínek) a následným konsolidačním sednutím, jehož konečná velikost se uvažuje stejná jako při odvodněných podmínkách,
- stav pro zatížení za odvodněných podmínek spojený s dlouhodobou (odvodněnou) únosností a odvodněným sednutím.
Za základní mezní stavy specifikované v této normě se považují:
- mezní stav porušení (ULS),
- mezní stav použitelnosti (SLS).
Posuzování mezních stavů
Z mezních stavů porušení se norma zaměřuje na mezní stavy typu GEO a STR, ostatní mezní stavy porušení typu EQU, UPL, HYD, resp. další mezní stavy specifikované v ČSN EN 1997-1:2006, vyžadují spíše individuální přístup a nejsou součástí popisované normy. Pevnost zemin je rozhodující pro posuzování mezního stavu GEO a pro základní návrhové situace se používají následující parametry:
- pro odvodněnou únosnost: odvodněná pevnost s efektivními parametry smykové pevnosti (φ´, c´), pro analýzu v efektivních napětích,
- pro krátkodobou únosnost: lze analyzovat v totálních napětích při neodvodněné pevnosti cu,
- pro únosnost a sedání základů na částečně nasycených zeminách je třeba analyzovat individuálně, koncepce neodvodněného zatěžování platí v takovýchto případech jen omezeně.
Pracuje se s následujícími typy geotechnických parametrů základové půdy:
- hodnoty odvozené/získané z výsledků laboratorních a terénních zkoušek doplněných osvědčenou zkušeností; tyto parametry musí být obsaženy v inženýrskogeologickém průzkumu a zodpovídá za ně zpracovatel průzkumu, který současně navrhne příslušné geotechnické typy (GT) ve vztahu k odvozeným hodnotám geotechnických parametrů základových půd,
- hodnoty charakteristické, jež jsou obezřetným odhadem vycházejícím zejména z hodnot odvozených a přihlížejícím k výskytu příslušného mezního stavu; charakteristické parametry stanoví projektant,
- parametry návrhové (Xd) se stanoví z parametrů charakteristických (Xk) pomocí jednoduchých, v normě uvedených vztahů.
doc. Ing. Jan Masopust, CSc.
Katedra geotechniky, Fakulta stavební ČVUT v Praze