Návrh a realizace podloží průmyslových podlah
Partneři sekce:
Příspěvek shrnuje problematiku návrhu skladby podloží průmyslových podlah s důrazem na geotechnickou stránku věci, zejména v souvislosti se zkoušením míry zhutnění. Dále na konkrétním příkladu prezentuje relevantní nedostatky ze strany projektanta i zhotovitele. Podnětem k napsání tohoto článku je řada reklamačních řízení, respektive geotechnických posudků poškozených podlahových desek. Tristní skutečností je fakt, že odborný geotechnik se k danému projektu dostává až v této fázi, která je pro všechny zúčastněné strany nepříjemná.
Uvedený problém vzniká zažitou praxí při zpracování realizační dokumentace a výběru zhotovitele, kdy jediným požadavkem projektu podlahové desky bývá obligátní míra zhutnění v úrovni zemní pláně, například dosažení modulu přetvárnosti Edef, 2 ≥ 80 MPa s poměrem n ≤ 2,3. Samotnou skladbu podloží pak navrhuje dodavatel hrubé terénní úpravy (HTÚ), který je investorem tlačen na nejnižší cenu.
V běžných případech – běžných s ohledem na předpokládané zatížení a stávající základové poměry – může tento přístup, kdy geotechnik v procesu projektové přípravy zcela absentuje, proběhnout bez problémů.
Pravděpodobně, byť statistika tohoto typu neexistuje, je takových případů většina. Nicméně čas od času se v geotechnické praxi objevují kauzy, ve kterých jsou předmětem sporu mezi projektantem, dodavatelem HTÚ a dodavatelem stavební části poruchy na podlaze přičítané na vrub nevhodně navržené skladbě podloží či jeho neodborné realizaci.
Optimální návrh skladby podloží
Návrh skladby podloží by měl být nedílnou součástí projektu podlahové desky a jako takový musí zohledňovat charakter zatížení podlahy, stejně jako inženýrsko-geologické podmínky stavby.
V případě podlah a zpevněných ploch zatížených pouze kolovými tlaky nákladních vozidel nebo manipulační techniky lze k návrhu desky a skladby podloží přistupovat podobným způsobem jako k vozovkám s tuhým krytem. Modul pružnosti betonové desky řádově převyšuje modul podloží.
Prakticky celé zatížení se koncentruje v desce, svislé napětí přenášené do podloží dosahuje jen velmi malých hodnot. Hloubka aktivní zóny ve smyslu terminologie ČSN 73 6133, do níž zasahují vlivy zatížení a klimatu, činí zpravidla 0,5 m. Vliv míry zhutnění na pevnost zemin a únosnost podloží v kontextu návrhu vozovky je významný a výše uvedený příklad požadavku projektanta na míru zhutnění v úrovni zemní pláně má své opodstatnění. Kromě toho je třeba ještě z pohledu geotechnika sledovat kritérium vhodnosti materiálu do násypu nebo podloží podle klasifikace ČSN 72 1002 [2], a pokud jde o venkovní plochy vystavené povětrnostním vlivům, také kritérium namrzavosti zemin. Klimatické vlivy stejně jako kolísání hladiny podzemní vody mohou vést ke změnám fyzikálních a mechanických vlastností materiálů použitých do skladby. Změny vlhkosti provázejí i změny objemové hmotnosti zemin a společně s opakovaným promrzáním a rozmrzáním vedou k rapidnímu snižování únosnosti podloží.
Zde je na místě zdůraznit výhody stabilizace zemin (obr. 1) návrh skladby podloží pod zpevněnou plochou o rozloze cca 1 200 m2 pojížděnou těžkým nakladačem dřevní hmoty v areálu pily Krásno nad Kysucou. Stabilizací stávajících zemin přibližně 2 až 4 % příměsi hydraulického pojiva lze dosáhnout trvalého a spolehlivého řešení, navíc úsporného z hlediska bilance materiálů při HTÚ.
Obr. 1: Skladba podloží pod zpevněnou plochou v areálu pily Krásno nad Kysucou
Podlahy vystavené trvalému zatížení v podobě regálových systému či výrobních zařízení vyžadují přesnější analýzu inženýrskogeologických poměrů na stavbě a detailnější geotechnický přístup. Podloží se podílí na přenosu zatížení větší měrou, než je tomu v případě dynamického namáhání. Velký význam má správný odhad hloubky aktivní zóny ve smyslu normy ČSN 73 1001 [3] a deformačních charakteristik podloží v rámci aktivní zóny. V této souvislosti se požadavek projektanta na minimální míru zhutnění v úrovni pláně, například Edef, 2 ≥ 80 MPa a n ≤ 2,3 může ukázat jako nedostatečný. Tyto parametry jsou především měřítkem kvality prací jak ze strany projektanta, tak investora. Má-li projektant vycházet při návrhu podlahové desky nebo při kontrole návrhových předpokladů z výsledků statických zatěžovacích zkoušek, musí upravit postup zkoušky a způsob jejího vyhodnocení.
Především by měla být zachována modelová podobnost zkoušky a v této souvislosti zvolit odpovídající průměr zatěžovací desky. Je třeba vzít v úvahu skutečnost, že hloubkový dosah působení zatížení pod deskou je omezený (parametrická studie problému zatěžovací zkoušky v [5]). V praxi se autorovi příspěvku velmi osvědčila zatěžovací zkouška s deskou o průměru 798 mm (plocha 5 000 cm2) (obr. 2). Vyhodnocením první zatěžovací větve lze získat věrohodnou hodnotu modulu reakce podloží, respektive modulu ložnosti, pro dimenzování podlahové desky na základě interakce s podložím.
Obr. 2: Průběh statické zatěžovací zkoušky I s deskou o průměru 798 mm
Přiložené tabulky prezentují údaje z vyhodnocených statických zatěžovacích zkoušek na stavbě výrobní haly v areálu Nitra SONY. Vliv rozměru zatěžovací desky (stejně tak i obor zatěžování) je patrný na první pohled (obr. 3, 4).
Obr. 3: Vyhodnocení zkoušek se zatěžovací deskou o průměru 798 mm
Obr. 4: Vyhodnocení zkoušek se zatěžovací deskou o průměru 357 mm
Co se týká procedury, zkouška by obecně měla proběhnout podle zásad přílohy D: Statická zatěžovací zkouška pro ostatní druhy staveb normy ČSN 72 1006 [1]. Hlavním rozdílem od klasické zatěžovací zkoušky pro pozemní komunikace (příloha A normy ČSN 72 1006 [1]) je ustalování deformací při každém zatěžovacím stupni. Rozdíl vychází z odlišného charakteru dimenzačního zatížení mající dlouhodobé trvání; z tohoto důvodu jsou zkoušky podle přílohy D časově náročnější. Postup a vyhodnocení zkoušky musí dále respektovat předpokládané kontaktní napětí v základové spáře. Moduly přetvárnosti Edef interpretované z vyšších oborů napjatosti dosahují větších hodnot, zde obvykle platí přímá úměra. V případě průmyslových a logistických hal se kontaktní napětí v drtivé většině pohybuje v intervalu 50 až 250 kPa. U zkoušky zpracované podle metodiky pro pozemní komunikace se modul přetvárnosti Edef stanovuje v oboru kontaktního napětí (0,3–0,7) pmax, kde maximální kontaktní napětí pmax je uvažováno pro zatěžovací desku o průměru 300 mm hodnotou pmax = 500 kPa.
Je zřejmé, že získané moduly přetvárnosti z takových zkoušek jsou nadhodnoceny. Velikost desky by měla být volena minimálně s ohledem na zrnitost zkoušeného materiálu. Pro štěrkovité zeminy norma ČSN 72 1006 doporučuje desku plochy 0,2 m2.
Poruchy podlahy objektu technické budovy areálu Nitra SONY
Stavba areálu Nitra SONY je typickým příkladem problému objasněným výše. Zde byl odborný geotechnik přizván ve druhé fázi výstavby v době, kdy se prováděly HTÚ pro novou výrobní halu. Jeho úkolem bylo zjistit příčiny poruch betonových podlah v objektech realizovaných v první etapě výstavby a provést takové úpravy skladeb podloží nových objektů, aby nedocházelo k dalším poruchám. Zmíněné poruchy nebyly zanedbatelné, v nejvíce postiženém objektu technického zařízení činily poklesy podlahy až 80 mm. Byly zde pouhým pohledem rozpoznatelné průhyby podlahové desky, která byla porušena rozsáhlými diagonálními trhlinami vycházejícími od hran prostupů sloupů a pokračujícími až do jedné třetiny modulového rozměru (obr. 5).
Areál Nitra – SONY E2 leží na severozápadním okraji města při levém břehu řeky Nitry. Jedná se o rovinaté území aluviální nivy Nitry. Terén zde probíhá v nadmořské výšce 140,5 až 141,40 m n. m., projektovaná úroveň ± 0,000 = 142,36 m n. m. Geologická stavba a hydrogeologické poměry na zájmového území jsou jednoduché, nicméně krajně nepříznivé. Jednotlivé vrstvy geologického profilu probíhají přibližně horizontálně a jsou průběžné. Podloží je budováno neogenními sedimenty, především jíly a v menší míře písky a štěrky, které bylo průzkumnými díly zastiženo v hloubce 8,5 až 10,9 m pod terénem. Neogenní podloží je překryto kvartérními sedimenty zastoupených aluviálními náplavami řeky Nitry. Bázi těchto sedimentů tvoří štěrky, výše leží téměř průběžně písky, dále písčité jíly a přímo pod orniční vrstvou jíly. Právě tyto jemnozrnné náplavy představují kritický element místního geologického profilu. Jedná se o vysokoplastické jíly a hlíny s obsahem organických látek, zeminy velmi stlačitelné s modulem deformace Edef = (1,0–2,0) MPa. Hladina podzemní vody byla naražena v hloubce 2,5 m. Deformační potenciál podloží je značný, při průměrném kontaktním napětí 30 kN/m2 činí celkový pokles cca 80 mm. Situace vyžadovala zavedení jistých sanačních opatření.
Uvedené zatěžovací zkoušky byly provedeny na připravené zemní pláni, v úrovni 142,00 m n. m. Skladba navržená dodavatelem HTÚ sestávala z 250 mm ŠD 0-63, dále ze 400 mm lomového kamene 0-300 a stabilizace rostlé zeminy v jedné vrstvě. Požadavkem projektu bylo dosažení modulu Edef, 2 ≥ 80 MPa s poměrem n ≤ 2,5, který byl kontrolován prostřednictvím kruhové zatěžovací desky průměru 357 mm s akceptovatelnými výsledky. Na začátku naší intervence jsme provedli velkoprůměrové zatěžovací zkoušky a nově zjištěné výsledky byly alarmující. Velké poměry mezi moduly na druhé a první zatěžovací větvi indikují riziko dosedání objektu. Naše závěry pak podpořil doplňkový průzkum v objektu technického zařízení, kde bylo z úrovně podlahy realizováno několik sond těžké dynamické penetrace a presiometrických zkoušek.
Naším původním návrhem bylo nepříznivé základové poměry zlepšit prostřednictvím krátkých štěrkopískových pilířů realizovaných přes stávající skladbu. Z hlediska harmonogramu výstavby bylo další zpoždění nemožné, situace se řešila konstrukčními opatřeními: zesílení armování podlahové desky, detail kalichu sloupu a podlahové desky umožňující volné deformace, detaily napojení inženýrských sítí.
Závěr
Podrobný návrh skladby podloží by měl být nedílnou součástí projektu podlahové desky. Neměl by se omezovat pouze na definování požadavku míry zhutnění zemní pláně kontrolované statickou zatěžovací zkouškou. Zatěžovací zkouška představuje především nepřímou zkušební metodu stanovení míry zhutnění sypanin, u nichž je obtížné stanovení objemové hmotnosti některou z přímých metod (vyřezávací kroužek, jamkové metody). Podle ČSN 72 1006 [1] je také prostředkem k ověření deformačních charakteristik předepsaných dokumentací stavby. Tato definice má jen omezenou platnost a nelze ji beze zbytku aplikovat. Zatěžovací zkoušku lze využít jako efektivní prostředek k návrhu skladby podloží a podlahové desky. Provedení a vyhodnocení zkoušky však musí projektant přesně definovat, neboť její mylná interpretace může vést k problémům.
Tento příspěvek zazněl na konferenci Podlahy 2009.
Ing. Michal Doněk
Foto: archiv autora
Autor pracuje jako geotechnik ve firmě GEOSTAR, spol. s r. o.
Literatura
1. ČSN 72 1006 Kontrola zhutnění zemin a sypanin. Praha: ČNI, prosinec 1998.
2. ČSN 72 1002 Klasifikace zemin pro dopravní stavby. Praha: ČNI, listopad 1993.
3. ČSN 73 1001 Zakládání staveb. Základová půda pod plošnými základy. Praha: Vydavatelství ÚNM, 1988.
4. ČSN 73 6133 Navrhování a provádění zemního tělesa pozemních komunikací. Praha: ČNI, červen 1998.
5. Krátky, J. – Trtík, K. – Vodička, J. Drátkobetonové konstrukce. Praha: EBS, září rok 1999.
Článek bol uveřejněn v časopisu Realizace staveb.
