Výztuž opěrné zdi z betonu: schémata, výpočty a výkresy

Výztuž opěrných zdí z betonu je univerzální způsob, jak dodat postaveným objektům dodatečnou pevnost a odolnost vůči smykovým silám. Právě s takovými zdmi uvažují projektanti zabývající se výstavbou různých konstrukcí na svazích nebo podél nich, stejně jako na průmyslových nebo obytných plochách (viz obr. 1) se složitým terénem a/nebo omezeným prostorem.

Proč je vhodné vyztužovat opěrné zdi

Opěrné zdi jsou vystaveny neustálému působení sil zeminy. V takových podmínkách musí mít jakákoli dlouhodobá konstrukce vysokou prostorovou tuhost. Beton, jako materiál s nízkou plasticitou, při periodicky se vyskytujícím vnějším zatížení praská a nakonec se zřítí. Situace se zhoršuje, pokud se rozestavěná budova nachází například v seismicky aktivní zóně nebo je vystavena možným sesuvům půdy.

Design a umístění

Opěrná zeď je navržena tak, aby zachytila rozložené jednostranné zatížení od zeminy nebo vody. Nadzemní verze se nejčastěji navrhují jako svislé (nebo téměř svislé) konstrukce, protože právě v tomto případě lze na svažitých plochách vytvořit zóny bez výrazných výškových změn. Při stavbě opěrné zdi se sklon vyztužené plochy vyrovná klínovou vložkou a dutiny se pečlivě vyplní štěrkem/drceným kamenivem a zhutní (viz obr. 2). Podél vnějšího obrysu se umístí pevný svislý prvek, včetně betonových tvárnic. Ty se umístí na pevný vodorovný podklad – základ, na který se položí drenážní drenáž. V obydlených oblastech se vyztužení betonových opěrných zdí zajišťuje také pro:

• Vytvoření infrastrukturních teras podél svahů;
• Vytvoření sklepních zdí nebo podzemních parkovišť;
• Usnadnění výstavby stanic metra nebo tras pro vysokorychlostní elektrickou dopravu.

Důležité! V naší zemi je řád výpočet a design zpevněné opěrné zdi je regulováno pravidly SNiP 2.09.03-85.

Provozní podmínky

Stabilní zadržení zeminy nebo inženýrského náspu je zajištěno, když úhel sklonu přesáhne přirozený úhel sklonu zeminy. Limitujícím faktorem je schopnost konstrukce odolat horizontálnímu a/nebo bočnímu tlaku zeminy.

Boční tlak zeminy závisí na vertikálním napětí vytvářeném materiálem za opěrnou zdí. To je zase funkcí výšky zásypu a jeho hustoty. Z toho vyplývá, že největší boční tlak zeminy je vyvíjen na základnu zdi, protože čím hlouběji je zásyp, tím vyšší je vertikální napětí.

Při výpočtu geometrických parametrů opěrných zdí se předpokládá, že tlak od vrcholu k základně roste podle parabolické závislosti. V tomto případě se tuhost základu bere jako absolutní a neovlivňuje průhyb zdi.

Jak vyztužit opěrnou zeď

Zpevnění se provádí pomocí betonových tvárnic a geomříží..

Výztuž s bloky

Metoda je účinná ve dvou situacích – když vypočítaný diagram vnějších tlaků na stěnu z monolitického železobetonu výrazně překračuje mez pevnosti základního materiálu a když je částečná demontáž stávající stěny z řady důvodů nemožná. V tomto případě se jako typický výztužný prvek používají betonové tvárnice, nikoli panely, jejichž specifická tuhost je nižší.

Předpokládá se, že vyztužení ocelovou výztuží je snazší provést během počáteční výstavby, když je před litím betonu instalováno správné množství výztužných prutů. Mohou to být tyče, pásy nebo ocelové pletivové panely. Důležité je také zvolit správný typ opěrné zdi, aby odolala maximálnímu možnému tlaku.

Důležité! Při použití ocelové výztuže se rozlišuje rohové opěrné zdis a monolitické opěrné zdi. Rohové opěrné zdi pracují v náročnějších provozních podmínkách, protože se vyznačují prostorovým zatěžovacím vzorem. Na oplátku monolitické opěrné zdi má výhodu rovnoměrnějšího rozložení vnějších sil a pohybů.

Metoda výpočtu výztuže (spolu s tlakovými diagramy) je uvedena v kapitole 2 SNiP 2.09.03-85. Pokud výsledná návrhová napětí překročí normová, vyžadují stěny z monolitického železobetonu dodatečnou výztuž. V tomto případě je vhodné do zdi přidat řadu ocelových táhel nebo kotev. Tím se nejen zvýší stabilita samotné opěrné konstrukce, ale také se zlepší provoz základů pod ní. Během procesu výztuže se doporučuje zlepšit odvodnění, což eliminuje jakékoli problémy spojené s poškozením opěrné zdi periodicky se vyskytujícím odtokem vody.

1. Analyzuje se konfigurace a plocha stěny (dle výkresu), jakož i rozložení napětí v ní. Například výztuž opěrných pilířů by měla být provedena jako první, protože tyto prvky fungují podle schématu prostorového zatížení.
2. V souladu s doporučeními SNiP 2.09.03-85 se stanoví hustota výztuže (počet výztužných prutů na jednotku délky).
3. Materiál tyčí a jejich rozměry (délka, průměr) jsou akceptovány. Výpočet lze provést v několika variantách.
4. Celková plocha průřezu všech tyčí se použije k určení jejich vypočítaného počtu na jednotku délky opěrné zdi. Výsledek se zaokrouhlí na nejbližší vyšší celé číslo.
5. Výpočtová data se překrývají s celkovým výkresem konstrukce. To umožňuje stanovit optimální umístění výztužných prutů.

Celkový vzhled vyztužené řady betonových bloků je znázorněn na obr. 3. Zbývající řady jsou navrženy podobným způsobem. Tato metoda se používá i při výstavbě vysokorychlostních dálnic v oblastech se složitým terénem (viz obr. 4).

Výztuž geomříže

Metoda se používá tehdy, když je z konstrukčních důvodů změna tvaru a počtu betonových bloků nemožná, nebo je z finančních důvodů obtížné ji provedit. Zvýšení tuhosti a trvanlivosti opěrné zdi se pak dosahuje zvýšením stability zhutněného zásypu, kde se zavádí jedna nebo více vrstev geomříže.

Při použití dutých betonových bloků oddělených geomříží provádí každá vrstva materiálu nucené vícebodové blokování spontánních pohybů. Samotné schéma výztuže se zásadně nemění.

S rostoucí výškou opěrných zdí se zvyšuje i jejich hmotnost, což má pozitivní vliv na hodnotu svislé přítlačné síly. Zároveň plasticita materiálu geomříže přispívá ke zvýšení tření, a tím zlepšuje přilnavost geomříže k opěrné zdi.

Celkový pohled na prostorové schéma vyztužení části opevněné konstrukce je znázorněn na Obr. 5.

Při vyztužování geomříží se berou v úvahu následující faktory:

• Pevnost sítě:Doporučuje se zvolit materiál s přípustným zatížením od 7,3 kN/m do 58,4 kN/m;
• Délka sítě musí přesahovat zeď dostatečně daleko, aby vytvořila potřebnou gravitační hmotu. Obvykle tvoří alespoň 60 % celkové výšky opěrné zdi;
• Počet vrstev musí být dostatečný pro adekvátní zvýšení vnitřní pevnosti materiálu a zvládnutí všech vnějších sil, které na něj působí.
• Vrstvy geomříže se umisťují vedle sebe tak, aby se vnitřní síly rozložily co nejrovnoměrněji. Vzdálenost mezi středy se obvykle pohybuje v rozmezí 350. 450 mm.

Důležité! Blok a geomříž musí spolupracovat, aby odolaly vnitřnímu zatížení.

Výztuž opěrných zdí kompozitní výztuží

V odůvodněných případech se vyztužení opěrných zdí provádí výztužnými tyčemi z nárazuvzdorného sklolaminátu. Materiál má nižší hustotu než ocel, ale dobře snáší střídavé i monotónní síly a také snižuje vlastní zatížení opěrné zdi.

Druhy sklolaminátu a sortiment kompozitů se volí v souladu s nomenklaturou uvedenou v GOST 31838-2012. Opěrné zdi z kompozitního materiálu se navrhují podle stejného schématu jako všechny zdi z vyztuženého zdiva. Splňují proto stejné konstrukční požadavky na umístění výztuže, tolerance, vlastnosti cementové malty a kvalitu zpracování jako kovové zabudované výrobky.

Zároveň existují i specifické rysy týkající se:

• Relativní polohy výztuže v konstrukci;
• Tloušťka spoje sousedních prvků;
• Výběr kompozitního průřezu (může být různý).

Pokud to tloušťka opěrné zdi umožňuje, je místo sklolaminátových tyčí přípustné použít kompozitní pásy o tloušťce 4 až 20 mm. Taková výztuž se provádí střídavě a pásy se umisťují ve stejné vzdálenosti od sebe.

Vnější vzhled fragmentu vyztužené opěrné zdi je znázorněn na obr. 6.

Závěr

Použití moderních počítačových technologií pro vyztužování opěrných zdí (viz obr. 7) umožňuje stavitelům a projektantům úspěšně se vypořádat s následujícími problémy:

• Eroze půdy: Když voda stéká ze svahu, může částečně smýt půdu a způsobit zřícení svahu. Proto musí být opěrné zdi vybaveny zařízeními pro odvádění povrchového odtoku.
• Nevýhodou oblastí vhodných pro výstavbu složitých objektů je, že pokud má vybrané místo stupňovitý reliéf, pak pouze zesílené opěrné zdi mohou pomoci s dlouhodobým a spolehlivým využitím pozemkových zdrojů pro výstavbu budov, parkovišť a projektů výstavby silnic.
• Nevhodnost některých pozemků pro aktivní rekreaci kvůli nebezpečí sesuvů půdy, povodní a dalších přírodních jevů komplikuje problematiku terénních úprav území.

Při řádném sledování jejich stavu se pečlivě navržené a vysoce kvalitně vyrobené vyztužené opěrné zdi vyznačují zvýšenou odolností a bezpečností během provozu.