Θεμελιώσεις - Κτιριακά Έργα Ι

Θεμελιώσεις - Κτιριακά Έργα Ι

Τι είναι τα Θεμέλια

Τα θεμέλια είναι τα Δομικά Στοιχεία, τα οποία παραλαμβάνουν τα φορτία του έργου (μόνιμα ή κινητά) και τα μεταφέρουν (μεταβιβάζουν) στο έδαφος στο οποίο εδράζονται.

Η πίεση (τάση) που μπορεί να δεχτεί το έδαφος είναι λίγα kN (=98, I κιλά) ανά τετραγωνικό μέτρο. Αντίθετα, οι τοίχοι και οι κολώνες μπορούν να δεχτούν εκατοντάδες kN ανά τετραγωνικό μέτρο .

Είδη Θεμελιώσεων

(ανάλογα με το βάθος έδρασης τους)

• Αβαθείς

• Βαθιές

Αβαθείς

Οι αβαθείς θεμελιώσεις διακρίνονται σε θεμελιώσεις τοίχων, σε θεμελιώσεις

μεμονωμένες, συνδυασμένες και γενικές κοιτοστρώσεις.

Μεμονωμένο Πέδιλο

Είναι το πιο συνηθισμένο θεμέλιο

για μία κολώνα, ιδίως όταν τα φορτία

είναι μικρά και τα υποστυλώματα δεν

είναι κοντά μεταξύ τους.

Η ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΜΕ ΜΕΜΟΝΩΜΕΝΑ ΠΕΔΙΛΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΖΕΤΑΙ ΣΕ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ ΚΑΙ ΟΤΑΝ ΟΙ ΑΞΟΝΙΚΕΣ ΑΠΟΣΤΑΣΕΙΣ ΤΩΝ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΕΙΝΑΙ ΤΕΤΟΙΕΣ ΩΣΤΕ ΝΑ ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΤΗ Η ΑΝΕΤΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΑΝΑΓΚΑΙΑΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΤΟΥ ΠΕΔΙΛΟΥ

Συνδυασμένα Πέδιλα

Όταν έχουμε δύο ή περισσότερα

υποστυλώματα σε κοντινές αποστάσεις

κατασκευάζουμε συνδυασμένα

θεμέλια. Είναι πιο οικονομική λύση

όταν τα φορτία είναι τόσο μεγάλα,

ώστε αν κατασκευάζαμε μεμονωμένα

θεμέλια θα πλησίαζαν πολύ μεταξύ

τους ή θα έπρεπε το ένα να «τέμνει»

το άλλο.

Η πιο συνηθισμένη θεμελίωση

αυτού του είδους είναι η θεμελιοδοκός

ή πεδιλοδοκός.

Η ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΜΕ ΠΕΔΙΛΟΔΟΚΟΥΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΖΕΤΑΙ ΣΕ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΧΑΛΑΡΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Η' ΟΤΑΝ ΟΙ ΑΞΟΝΙΚΕΣ ΑΠΟΣΤΑΣΕΙΣ ΤΩΝ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΕΙΝΑΙ ΜΙΚΡΕΣ

Θεμέλιο Τοίχου

Διευρύνεται η βάση του τοίχου,

έτσι ώστε να μειώνεται η πίεση που

μεταβιβάζεται στο έδαφος .

Γενική κοιτόστρωση

Είναι μία πλάκα από οπλισμένο

σκυρόδεμα, η οποία δέχεται φορτία

από πολλά υποστυλώματα και

τοίχους.

Αυτό το είδος της θεμελίωσης

περιορίζει σημαντικά το ενδεχόμενο

να εμφανιστούν καθιζήσεις με μεγάλη

διαφορά μεταξύ τους σε γειτονικά

υποστυλώματα (διαφορικές καθιζήσεις)

Χρησιμοποιείται όταν η αντοχή

του εδάφους είναι μικρή ή όταν τα

φορτία είναι μεν πολύ μεγάλα αλλά

δεν επιλέγουμε τη λύση των

πασσάλων.

Η γενική κοιτόστρωση συνήθως

εδράζεται σε μεγάλο βάθος, ώστε το

έδαφος που αφαιρείται με την

εκσκαφή να έχει περίπου το ίδιο

βάρος με το βάρος του κτιρίου. Έτσι,

το κτίριο είναι σαν να επιπλέει (όπως

ένα πλοίο εκτοπίζει όγκο νερού ίσου

βάρους με το δικό του) .

ΠΟΡΕΙΑ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΜΕ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΑ ΠΕΔΙΛΑ

1. ΣΤΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ

2. ΕΚΣΚΑΦΗ

3. ΜΠΕΤΟ ΚΑΘΑΡΙΟΤΗΤΑΣ

4. ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΟΠΛΙΣΜΟΥ

5. ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΑ ΓΩΝΙΑΚΟΥ ΠΕΔΙΛΟΥ

6. ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΘΕΜΕΛΙΑΚΗΣ ΓΕΙΩΣΗΣ

7. ΚΑΛΟΥΠΩΜΑ

8. ΣΚΥΡΟΔΕΤΗΣΗ

9. ΞΕΚΑΛΟΥΠΩΜΑ

Ο τρόπος υπολογισμού του μέγιστου φορτίου και της αντίστοιχης μέγιστης τάσης, που μπορεί να φέρει με ασφάλεια και οικονομία ένα θεμέλιο,

είναι αρκετά σύνθετος.

Μπορούμε να πούμε, γενικά, ότι δεν υπάρχει μία χαρακτηριστική τιμή επιτρεπόμενης τάσης, η οποία να εξαρτάται από τη γεωλογία της περιοχής. Αντίθετα, η τάση αυτή εξαρτάται από το έδαφος αλλά και από το βάθος και το πλάτος της θεμελίωσης.

Πίνακες

Στους παρακάτω πίνακες δίνονται ενδεικτικές τιμές τις επιτρεπόμενης τάσης για διάφορες περιπτώσεις εδαφών

και για ορισμένους συνδυασμούς βάθους και πλάτους θεμελίων

Μεμονωμένα Πέδιλα

Εύκαμπτα

Δύσκαμπτα

ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ

Οι διαστάσεις των πελμάτων των πεδίλων εξαρτώνται από την ποιότητα του εδάφους και από τα φορτία των κολονών (τα φορτία των κολονών εξαρτώνται από την απόσταση μεταξύ τους και από το πλήθος και τα φορτία των ορόφων).

Οι συνηθισμένες διαστάσεις των πελμάτων των πεδίλων κυμαίνονται από 1.0 x 1.0 m έως 3.0 x 3.0 m, αλλά μερικές φορές είναι και μεγαλύτερες, ενώ το ύψος των πεδίλων κυμαίνεται από 0.5 έως 1.0 m για τα εύκαμπτα και 0.7 έως 2.0 m για τα δύσκαμπτα.

Στο Σχήμα φαίνεται επιφανειακό θεμέλιο, το οποίο δεν έχει ροπή. Το φορτίο είναι

κεντρικό, όπως λέμε, και το διάνυσμα του συμπίπτει με την κατακόρυφη γραμμή που

περνά από τη μέση της κάτοψης, δηλαδή από το κέντρο βάρους της βάσης του πεδίλου.

Στην περίπτωση αυτή, η πίεση που ασκεί στο έδαφος είναι ομοιόμορφη. Το έδαφος

ασκεί, ως αντίδραση, ίση και αντίθετη πίεση στο θεμέλιο, με το μέγεθος της οποίας

υπολογίζουμε τις διαστάσεις του πεδίλου .

Εκκεντρότητα λόγω φορτίων σε μεμονωμένα πέδιλα

Η φόρτιση δημιουργεί σχεδόν πάντα εκκεντρότητα λόγω ύπαρξης ροπής στο κατακόρυφο στοιχείο.

Λόγω της εκκεντρότητας τροποποιείται η ανάπτυξη των τάσεων στο έδαφος

Αντίθετα, στην περίπτωση θεμελίου με ροπή η πίεση δεν είναι ομοιόμορφη αλλά τριγωνική.

Στο Σχήμα φαίνεται η κατανομή της πίεσης με θέση, η οποία εξαρτάται από τη φορά της ροπής του υποστυλώματος.

Στο Σχήμα φαίνεται το ίδιο θεμέλιο, με τη δύναμη μετατοπισμένη παράλληλα, σε απόσταση e από το μέσον. Η φόρτιση τώρα λέγεται έκκεντρη.

Περιπτώσεις έκκεντρης φόρτισης έχουμε στα πέδιλα που είναι κοντά σε μεσοτοιχίες. Ο σεισμός, επίσης, προκαλεί την εκδήλωση πρόσθετων ροπών στα υποστυλώματα, τα οποία με τη σειρά τους ασκούν πρόσθετες τάσεις στο έδαφος.

Φαίνεται ακόμη ότι δε δέχεται ολόκληρη η βάση του θεμελίου τάσεις, εξαιτίας της μεγάλης εκκεντρότητας.

ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΜΕ ΕΥΚΑΜΠΤΑ ΠΕΔΙΛΑ ΚΑΙ ΣΥΝΔΕΤΗΡΙΟΥΣ ΔΟΚΟΥΣ

Για την καλή απόδοση των πεδίλων επιβάλλεται η χρήση συνδετήριων δοκών, δηλαδή δοκών που ενώνουν τις βάσεις των υποστυλωμάτων μεταξύ τους, έτσι ώστε να λειτουργούν ομαλά τα πέδιλα, κυρίως σε περιπτώσεις σεισμού. Οι συνήθεις διατομές των συνδετηρίων δοκών κυμαίνονται στο πλάτος μεταξύ 300 και 500 mm και στο ύψος από 500 έως 1500 mm.

ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΜΕ ΕΚΚΕΝΤΡΑ ΠΕΔΙΛΑ

Όσο μεγαλύτερη είναι η κατασκευαστική εκκεντρότητα του πεδίλου, τόσο ισχυρότερη είναι και η συνδετήρια δοκός που συντρέχει στην αντίστοιχη διεύθυνση.Τα πέδιλα χρησιμοποιούνται όταν το έδαφος είναι σκληρό, και όταν δεν είναι «τόσο καλό» χρησιμοποιούνται πεδιλοδοκοί.

ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΜΕ ΚΟΙΤΟΣΤΡΩΣΗ ΚΑΙ ΔΟΚΟΥΣ

Όταν το έδαφος δεν είναι καλό χρησιμοποιείται ενιαία πλάκα θεμελίωσης, η λεγόμενη κοιτόστρωση. Πολλές φορές η κοιτόστρωση χρησιμοποιείται και σε άλλα είδη εδάφους για πρακτικούς λόγους, κυρίως ταχύτητας και απλότητας κατασκευής.

Η κοιτόστρωση μπορεί να έχει κανονικές δοκούς θεμελίωσης για νευρώσεις, όπως στην εικόνα, ή να μην έχει καθόλου δοκούς, ή πιο σωστά να έχει κρυφοδοκούς.

Το συνηθισμένο ύψος μιας κοιτόστρωσης κυμαίνεται από 400 έως 1000 mm, ενώ οι διαστάσεις των δοκών της κοιτόστρωσης από 300x800 έως 500x2000 mm.

ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΣΕ ΔΥΟ ΕΠΙΠΕΔΑ

Γενικά προτιμάται η θεμελίωση να γίνεται σε ένα ενιαίο επίπεδο. Σε ορισμένες περιπτώσεις όμως, π.χ. σε κτίριο στην πλαγιά λόφου, η θεμελίωση γίνεται σε περισσότερα του ενός επίπεδα

Η αστοχία ενός θεμελίου είναι δυνατόν να συμβεί:

– Λόγω θραύσης του εδάφους, όταν ξεπεραστεί η διατμητική του αντοχή. Αποτέλεσμα της θραύσης είΛόγω θραύσης του εδάφους, όταν ξεπεραστεί η διατμητική του αντοχή. Αποτέλεσμα της θραύσης είναι να εκδηλωθούν μεγάλες κατακόρυφες και εκτεταμένες και έντονες παραμορφώσεις του εδάφους

– Λόγω υπερβολή μεγάλων καθιζήσεων των θεμελίων, που οφείλονται σε παραμόρφωση του εδάφους. Οι παραμορφώσεις αυτές οφείλονται είτε σε εξαιρετικά μεγάλα φορτία που εφαρμόζονται στο έδαφος και δημιουργούν μεγάλες διατμητικές τάσεις, είτε στο φαινόμενο της στερεοποίησης του εδάφους.

ΦΕΡΟΥΣΑ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΕΔΑΦΟΥΣ

Φέρουσα ικανότητα του εδάφους ονομάζουμε την αντοχή του εδάφους σε θραύση λόγω διατμητικών δυνάμεων.

Η τιμή της φέρουσας ικανότητας και της καθίζησης που παρατηρείται εξαρτώνται από:

– Τις διαστάσεις και το σχήμα της θεμελίωσης

– Το βάθος της θεμελίωσης

– Τα εφαρμοζόμενα φορτία

– Τη φύση του εδάφους

ΕΠΤΑ ΣΥΝΗΘΙΣΜΕΝΟΙ ΛΟΓΟΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΤΗΣ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ

1. ΧΑΜΗΛΗ ΦΕΡΟΥΣΑ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΕΔΑΦΟΥΣ

2. ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗΣ ΕΔΑΦΟΥΣ

3. ΚΑΚΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ

4. ΔΟΝΗΣΕΙΣ

5. ΥΔΡΑΥΛΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ

6. ΡΙΖΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ

7. ΜΗ ΚΑΛΗ ΑΠΟΣΤΡΑΓΓΙΣΗ

Παραδείγματα αστοχίας θεμελίων

The National Academies Press

Ocean Tower, South Padre Island

Ο Πύργος της Πίζας 

Γιατί ο Πύργος της Πίζας είναι μονίμως... κεκλιμένος;

https://video.link/w/F9aBb

Βαθιές Θεμελιώσεις

Οι πάσσαλοι είναι δομικά στοιχεία από ξύλο, οπλισμένο σκυρόδεμα ή χάλυβα και χρησιμοποιούνται για να μεταβιβάσουν τα φορτία της ανωδομής σε στρώματα που βρίσκονται σε βάθος.

Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους οι πάσσαλοι διακρίνονται σε δύο κατηγορίες :

• Πάσσαλοι Αιχμής

• Πάσσαλοι Τριβής

Πάσσαλοι αιχμής

Οι πάσσαλοι αυτοί μεταβιβάζουν το φορτίο σε ανθεκτικότερα στρώματα, τα οποία βρίσκονται σε μεγάλο βάθος

Πάσσαλοι Τριβής

Οι πάσσαλοι αυτοί μεταβιβάζουν το φορτίο που φέρουν μέσω της τριβής, η οποία αναπτύσσεται μεταξύ του εδάφους και της παράπλευρης επιφάνειας τους.

ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΧΡΗΣΗΣ ΠΑΣΣΑΛΩΝ

1

Όταν θέλουμε να μεταφέρουμε τα φορτία, κατακόρυφα ή οριζόντια, σε βαθύτερα στρώματα εδάφους επειδή τα επιφανειακά εδάφη δεν έχουν την απαιτούμενη αντοχή ή είναι πολύ συμπιεστά.

2

Όταν υπάρχει κίνδυνος άνωσης λόγω του ότι μέρος του υπόγειου τμήματος του κτίσματος βρίσκεται κάτω από τη στάθμη του νερού.

Αυτό συμβαίνει όταν κτίζουμε σε παραθαλάσσιες περιοχές

ή όταν υπάρχουν υπόγεια νερά σε μικρό βάθος.

3

Όταν θέλουμε να συμπυκνώσουμε χαλαρά, μη συνεκτικά εδάφη.

Αυτό το πετυχαίνουμε μέσω της εκτόπισης εδάφους κατά την έμπηξη του πασσάλου σε συνδυασμό με τις δονήσεις που προκαλούνται κατά τη διαδικασία της έμπηξης.

4

Όταν θέλουμε να μειώσουμε τις καθιζήσεις, στην περίπτωση κατά την οποία μία επιφανειακή θεμελίωση θα εδραζόταν σε συμπιεστό έδαφος,

ή όπου σε μικρό βάθος κάτω από τη στάθμη θεμελίωσης θα βρισκόταν ένα πολύ συμπιεστό στρώμα εδάφους.

5

Όταν θέλουμε να ενισχύσουμε το έδαφος, σε περιmώσεις που πρόκειται να θεμελιώσουμε μία βιομηχανική μονάδα με μηχανές που η λειτουργία τους θα προκαλεί ισχυρές δονήσεις στη θεμελίωση και στο έδαφος.

6

Όταν θέλουμε να αυξήσουμε την ασφάλεια της θεμελίωσης.

ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΤΩΝ ΠΑΣΣΑΛΩΝ

Η τοποθέτηση των πασσάλων γίνεται με διάφορες μεθόδους :

1

Η έμπηξη με κτυπήματα του πασσάλου με σφύρα .

Αυτή η μέθοδος προκαλεί πολύ θόρυβο και δονήσεις,

οι οποίες είναι δυνατόν να προκαλέσουν ζημιές σε γειτονικές κατασκευές.

2

Η έμπηξη με μία διάταξη που είναι προσαρμοσμένη στην κεφαλή του πασσάλου

και η οποία προκαλεί λιγότερη ενόχληση.

3

Η κατασκευή έγχυτων πασσάλων από οπλισμένο σκυρόδεμα .

Προηγείται η διάτρηση του εδάφους και ακολουθεί η επί τόπου σκυροδέτηση.

4

Η διατομή των πασσάλων θα πρέπει να έχει διαστάσεις που θα εξασφαλίζουν την ασφαλή ανάληψη των φορτίων που δέχονται από την ανωδομή.

Επιτρεπόμενες φορτίσεις πασσάλων σε απλές περιπτώσεις θεμελιώσεων

Οι γερμανικοί κανονισμοί (DIN) προβλέπουν, ότι σε περιπτώσεις εδάφους με σαφείς ιδιότητες,

μπορούμε να δεχτούμε τις ακόλουθες τιμές φορτίων πασσάλων,

οι οποίοι έχουν

ελάχιστο μήκος 5 μέτρων :

ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ

Τα θεμέλια είναι το μέρος της κατασκευής, που μεταβιβάζει τα φορτία της στο έδαφος.

Για την ασφαλή λειτουργία τους θα πρέπει να ικανοποιούν δύο κριτήρια:

1. Να μην υπάρχει κίνδυνος θραύσης του εδάφους, και

2. Οι προκαλούμενες από τα φορτία παραμορφώσεις (καθιζήσεις) του εδάφους να είναι ανεκτές για τη λειτουργία και την εμφάνιση της κατασκευής.

Η μέγιστη πίεση (τάση) που μπορεί να ασκηθεί στο έδαφος

χωρίς να προκαλέσει θραύση και μεγάλες καθιζήσεις,

ονομάζεται επιτρεπόμενη τάση.

Τα θεμέλια διακρίνονται σε Αβαθή,

εάν το βάθος έδρασης είναι μικρότερο από το πλάτος του,

και σε Βαθιά, εάν το βάθος έδρασης είναι μεγαλύτερο από το πλάτος του.