Rakennuksen perustusten tyypit & Miten ne jakavat kuormat
Kun keskivertoihminen ajattelee perustusta, mieleen tulevat todennäköisesti kodin kellarin seinät. Tai he ajattelevat sitä henkilöä, joka soittaa heille joka vuosi samaan aikaan pyytääkseen lahjoitusta… Kellarin seinä eli perusmuuri on se osa rakennetta, joka kestää sitä vasten rakennetun maaperän aiheuttamien sivuttaisten maanpaineiden aiheuttamaa kuormitusta, mutta se myös siirtää rakennusten kuormitusta yläpuolella olevasta rakenteesta alas alla olevaan maahan. On olemassa kaksi perustusten luokkaa, joita käytetään siirtämään rakennuksen kuormat maahan: matalat ja syvät perustukset. Maaperän tyyppi ja sen olosuhteet auttavat rakennusinsinöörejä määrittämään, minkälainen perustustyyppi sopii parhaiten tietylle rakenteelle.
Matalat perustukset löytyvät usein kevyesti kuormitettujen rakenteiden, kuten talon tai vajan, alta, ja ne sijaitsevat lähellä maan pintaa. Esimerkki matalasta perustuksesta on betonijalka. Betonijalustat sijaitsevat perusmuurien ja sisäpuolisten pilarien alla, ja niitä käytetään jakamaan yläpuolisen rakenteen kuormitus riittävän laajalle alueelle, joka rajoittaa alapuolisen alapohjan liikkeitä. Tarvittavan perustuksen koko riippuu alla olevan maaperän tyypistä. Jos perustus sijoitetaan savelle, sen on oltava paljon suurempi kuin jos se sijoitettaisiin kallioperään, koska kallioperän kantavuus on paljon suurempi.
Matalat perustukset ovat alttiita liikkeille riippuen ympäröivistä olosuhteista ja maaperätyypistä, jolle ne tukeutuvat. Esimerkiksi Winnipegissä, jossa asun, useimmat talojen perustukset on rakennettu savelle, joka turpoaa, kun se imee itseensä kosteutta. Maaperän paisuminen saa sen kohoamaan, mikä voi nostaa perustusta ja aiheuttaa talossa erisuuntaisia painumia. Jos vajoaminen on vähäistä, se ei yleensä ole rakenteellinen ongelma vaan pikemminkin esteettinen huolenaihe. Joskus liike voi olla niin voimakasta, että perustuksen rakenteellinen eheys vaarantuu ja tarvitaan korjauksia tai uusiminen. Tutustu tässä postauksessa eräisiin muihin matalien perustusten liikkumisen ja vikojen syihin.
Runkolaatat ja slab-on-grade ovat kaksi muuta rakentamisessa käytettävää matalien perustusten tyyppiä, ja ne voivat olla paljon edullisempia kuin syvät perustukset, jos kuormitukset eivät ole liian suuria ja jos rakenne sietää erisuuntaisia liikkeitä. Pohjalaattaan liittyy riskejä, sillä alapuolella oleva maaperä voi kutistua ja paisua, mikä aiheuttaisi liikkeitä pohjalaatassa. Jos omistaja hyväksyy laatan liikkeet, tämäntyyppinen lattialaatta on taloudellisin vaihtoehto. Jos laatan päälle sijoitettavat pinnoitteet ja laitteet eivät siedä liikkeitä, suositellaan usein rakenteellista lattialaattaa. Rakenteellisen lattialaatan alla on tyhjä tila, joten alapuolella olevan maaperän paisuminen ja kutistuminen ei vaikuta laattaan. Kun maaperäolosuhteet eivät ole ihanteelliset matalille perustuksille, on harkittava syviä perustuksia.
Syviä perustuksia käytetään usein suurempien rakennusten alla, joissa rakenteen paino on hyvin suuri ja joissa rakenteen liikkumista ei haluta. Nämä perustukset siirtävät kuorman maahan reilusti maanpinnan alapuolelle. Yleisin syvien perustusten tyyppi ovat paalut. Paalut ovat pitkiä ja hoikkia, ja ne siirtävät rakennuksen kuormat paalun kyljen ja ympäröivän maaperän välisen kitkan sekä paalun pohjan ja alla olevan maakerroksen välisen laakeroinnin avulla. Paalut voidaan rakentaa teräksestä, puusta tai betonista. Teräspaalut ovat usein kuumavalssattuja I-muotoisia profiileja tai kierrepaaluja. Puupaalut ovat usein suuria, painekyllästettyjä puuosia, joita käytetään väliaikaisiin tai pysyviin rakenteisiin. Betonipaalut ovat joko kiinteitä kuusikulmaisia tai pyöreän muotoisia teräsraudoituksella vahvistettuja paaluja.
Jotkut ihmiset saattavat ajatella, että perustuksen syvyys korreloi maaperään siirrettävän kuorman suuruuden kanssa, mutta näin ei yleensä ole. Jos kuormat ovat hyvin suuria, syvät perustukset asennetaan maanpinnan alapuolelle, kunnes kohdataan vahva/tiivis maakerros, kuten kallioperä tai jäätikköliuske. Näillä molemmilla on erittäin suuri kantavuus, jota saven ja soran kaltaiset maa-ainekset eivät pysty tarjoamaan. Paaluja, jotka ulottuvat vahvoihin/tiiviisiin maakerroksiin asti, kutsutaan päätykantaviksi paaluiksi. Näiden maakerrosten sijainti voi vaihdella melko paljon. Suurella rakennustyömaalla on mahdollista, että yksi paalu törmää kallioperään 50 jalkaa maanpinnan alapuolella työmaan toisessa päässä, kun taas paalu työmaan toisessa päässä voi törmätä kallioperään jopa 100 jalkaa maanpinnan alapuolella!
Kun paalua käytetään siirtämään kuormia ympäröivään maaperään kitkan avulla, niitä kutsutaan kitkapaaluiksi. Pidempi paalun pituus merkitsee suurempaa kykyä siirtää kuormia ympäröivään maaperään. Kitkapaaluja käytetään silloin, kun maaperään on siirrettävä kevyempiä kuormia ja kun ei ole taloudellisesti kannattavaa tai mahdollista ulottaa paalua aina tiiviiseen maakerrokseen asti. Nykyään betonisia kitkapaaluja käytetään usein uusien talojen perustuksissa, koska ne ovat paljon vakaampia kuin perustukset.
Pohjat ovat yksi rakennuksen rakenteen tärkeimmistä osista. On valitettavaa, että maaperä, johon rakennuksen kuormat siirtyvät, voi olla niin vaihteleva paikasta toiseen. Perustuksiin liittyvien riskien vähentämiseksi on aina suositeltavaa, että geotekninen insinööri tekee maaperätutkimuksen. Hän pystyy antamaan hyvän suosituksen siitä, mitä perustuksia tulisi käyttää maaperän tyypin perusteella. Useimmille uusille rakennuksille, riippuen lainkäyttöalueestasi, et voi saada rakennuslupaa ilman geoteknistä raporttia tai suositusta, joka perustuu insinöörien kokemukseen.
Toivottavasti tämä antaa sinulle perustietoa perustuksista, joita käytetään tukemaan rakennuksia, joissa asut ja joita näet jokapäiväisessä elämässäsi. Jos haluat oppia lisää perustuksista ja muista rakennustekniikkaan liittyvistä asioista, ilmoittaudu rohkeasti rakennustekniikan perusteet -kurssillemme! Onko sinulla kysyttävää perustuksista? Jätä rohkeasti kommentti alla.
Jos haluat lisää tietoa rakennetekniikan perusteista, nappaa Ultimate Guide -oppaamme täältä!