Typy fundamentów budowlanych &Jak rozkładają obciążenia
Gdy przeciętny człowiek myśli o fundamencie, ściany piwnicy jego domu prawdopodobnie przychodzą mu na myśl. Albo myślą o osobie, która co roku o tej samej porze dzwoni do nich z prośbą o darowiznę… Ściana piwnicy lub ściana fundamentowa to część konstrukcji, która wytrzymuje obciążenie wynikające z bocznych nacisków gruntu spowodowanych przez glebę przylegającą do niej, ale także przenosi obciążenie budynku z konstrukcji znajdującej się powyżej na ziemię poniżej. Istnieją dwie kategorie fundamentów, które są wykorzystywane do przenoszenia obciążeń budynku na grunt: fundamenty płytkie i głębokie. Rodzaj gruntu i jego warunki pomagają inżynierom budowlanym określić, jaki rodzaj fundamentu jest najodpowiedniejszy dla danej konstrukcji.
Fundamenty płytkie często znajdują się pod lekko obciążonymi konstrukcjami, takimi jak dom lub szopa, i znajdują się blisko powierzchni ziemi. Przykładem płytkiego fundamentu jest stopa betonowa. Stopy betonowe znajdują się pod ścianami fundamentowymi i kolumnami wewnętrznymi i służą do rozłożenia obciążenia z konstrukcji powyżej na wystarczająco dużym obszarze, który ogranicza ruchy w podłożu poniżej. Rozmiar wymaganej stopy zależy od rodzaju gleby, która jest poniżej. Jeśli stopa jest umieszczona na glinie, musi być znacznie większa niż gdyby była umieszczona na skale macierzystej, ponieważ skała macierzysta ma znacznie większą nośność.
Płytkie fundamenty są podatne na ruch w zależności od otaczających warunków i rodzaju gleby, na której spoczywają. Na przykład, w Winnipeg, gdzie mieszkam, większość domów fundamenty są zbudowane na glinie, która pęcznieje, gdy absorbuje wilgoć. Pęcznienie gleby powoduje jej przechyły, które mogą podnieść fundament i spowodować osiadanie różnicowe w domu. Jeśli osiadanie różnicowe jest minimalne, to zazwyczaj nie jest to problem strukturalny i bardziej estetyczny. Czasami ruch może być tak poważne, że integralność strukturalna systemu fundacji jest zagrożona i naprawy lub wymiany jest wymagane. Sprawdź ten post, aby poznać inne przyczyny ruchów i awarii płytkich fundamentów.
Płyty fundamentowe i płyty na gruncie to dwa inne rodzaje płytkich fundamentów, które są stosowane w budownictwie i mogą być znacznie bardziej ekonomiczne niż fundamenty głębokie, jeśli obciążenia nie są zbyt duże, a konstrukcja może tolerować ruchy różnicowe. Z posadowieniem na płycie fundamentowej wiążą się pewne zagrożenia, ponieważ istnieje możliwość kurczenia się i pęcznienia gruntu pod płytą, co może powodować ruchy płyty. Jeśli właściciel nie ma nic przeciwko ruchom płyty, ten rodzaj płyty podłogowej jest najbardziej ekonomiczną opcją. Jeśli wykończenia i sprzęt umieszczony na płycie nie toleruje ruchu, wówczas często zalecana jest strukturalna płyta podłogowa. Strukturalna płyta podłogowa ma pustą przestrzeń pod spodem, więc pęcznienie i kurczenie się gleby poniżej nie wpływa na płytę. Gdy warunki glebowe nie są idealne do posadowienia płytkich fundamentów, należy rozważyć zastosowanie fundamentów głębokich.
Fundamenty głębokie są często spotykane pod większymi budynkami, gdzie ciężar konstrukcji jest bardzo duży i gdzie ruch konstrukcji nie jest pożądany. Fundamenty te przenoszą obciążenie na grunt znacznie poniżej powierzchni ziemi. Najbardziej powszechnym rodzajem fundamentów głębokich są pale. Pale są długie i smukłe, a przenoszą obciążenia budynków poprzez tarcie pomiędzy bokiem pala a otaczającym go gruntem oraz poprzez łożyskowanie pomiędzy spodem pala a warstwą gruntu znajdującą się poniżej. Pale mogą być zbudowane ze stali, drewna lub betonu. Pale stalowe to często walcowane na gorąco kształtowniki dwuteowe lub spiralne pale śrubowe. Pale drewniane to często duże sekcje drewna, które są poddawane obróbce ciśnieniowej i są wykorzystywane do konstrukcji tymczasowych lub stałych. Pale betonowe mają kształt masywnego sześciokąta lub koła wzmocnionego stalą.
Niektórzy mogą uważać, że głębokość fundamentu koreluje z wielkością obciążenia przenoszonego na glebę, ale zazwyczaj tak nie jest. Jeśli obciążenia są bardzo duże, głębokie fundamenty są instalowane pod powierzchnią ziemi, aż do napotkania mocnej/gęstej warstwy gleby, takiej jak skała macierzysta lub glina zwałowa. Oba te grunty mają bardzo wysoką nośność, której nie mogą zapewnić gleby takie jak glina czy żwir. Pale, które sięgają do mocnych/gęstych warstw gruntu nazywane są palami końcowymi. Rozmieszczenie tych warstw gruntu może być bardzo różne. Na dużym placu budowy możliwe jest, że jeden pal napotka skałę macierzystą 50 stóp poniżej poziomu na jednym końcu placu budowy, podczas gdy pal na drugim końcu placu budowy może napotkać skałę macierzystą tak głęboką, jak 100 stóp poniżej poziomu!
Gdy pal jest używany do przenoszenia obciążeń na otaczającą glebę przez tarcie, nazywa się je palami ciernymi. Większa długość pala oznacza większą zdolność do przenoszenia obciążeń na otaczający grunt. Pale cierne stosuje się w przypadku konieczności przeniesienia na grunt lżejszych obciążeń oraz gdy przedłużenie pala aż do gęstej warstwy gruntu jest nieekonomiczne lub niewykonalne. Obecnie betonowe pale cierne są często stosowane jako fundamenty w nowych domach, ponieważ są one znacznie bardziej stabilne niż stopy fundamentowe.
Fundamenty są jednym z najważniejszych elementów konstrukcji budynków. Niestety, gleby, na które przenoszone są obciążenia budynku, mogą być tak zmienne w zależności od lokalizacji. Aby zmniejszyć ryzyko związane z fundamentami, zawsze zalecane jest zlecenie inżynierowi geotechnice wykonania badań gruntu. Będzie on w stanie udzielić dobrej rekomendacji, jakie fundamenty należy zastosować w oparciu o rodzaj napotkanego gruntu. Dla większości nowych budynków, w zależności od jurysdykcji, nie będzie można uzyskać pozwolenia na budowę bez raportu geotechnicznego lub zalecenia opartego na doświadczeniu inżynierów.
Mam nadzieję, że daje to podstawową wiedzę na temat fundamentów używanych do wspierania budynków, w których mieszkasz i widzisz w swoim codziennym życiu. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o fundamentach i innych rzeczach związanych z inżynierią strukturalną, zapisz się na nasz kurs podstaw inżynierii strukturalnej! Czy masz jakieś pytania dotyczące fundamentów? Nie krępuj się zostawić komentarz poniżej.
Jeśli chcesz uzyskać więcej informacji na temat podstaw inżynierii strukturalnej, nie krępuj się złapać naszego Ostatecznego przewodnika tutaj!