Návrh geotechnické konstrukce dle ČSN P ENV 1997-1:1994

Ing. Jakub Zavora,Zakládání staveb, a. s., FSv ČVUT

Geotechnické konstrukce podle ČSN P ENV 1997-1:1994 se navrhují podle teorie mezních stavů. V teorii mezních stavů se používají parciální součinitele bezpečnosti, kterými násobíme na jedné straně zatížení, na druhé straně jimi redukujeme pevnostní vlastnosti materiálů.

Parciální součinitele – a tím i výpočtové charakteristiky zeminy – uvádí již ČSN 731001. Těmito parciálními součiniteli se redukovaly normové pevnostní parametry zemin: úhel vnitřního tření j se vydělil hodnotou 1,5 pro j < 12° a pro j > 12° se od od úhlu vnitřního tření odečetly čtyři stupně, soudržnost c se vydělila 2, čímž se dostaly výpočtové charakteristiky zeminy. Výpočtové charakteristiky se značí s indexem d. Dle ČSN 731001 tedy platí:

j = j / 1,5 pro j < 12°
j = j – 4° pro j > 12°
c = c/2

Zavedením těchto redukovaných parametrů do výpočtů došlo k určité nepřehlednosti.

Únosnost plošného základu je (z hlediska pevnostních charakteristik zeminy) funkcí soudržnosti (lineární závislost) a úhlu vnitřního tření (exponenciálně goniometrická závislost). Výsledný stupeň bezpečnosti dosahuje hodnot v intervalu (1,6 – 2,15) v závislosti na druhu základové půdy. Nicméně výpočet se pohybuje na straně bezpečnosti a je možno jej bez obav použít.

Při návrhu pažící kotvené konstrukce dochází v oblasti kotvení k zatlačování konstrukce do zemního masivu a konstrukce je tedy zatěžována pasivním zemním tlakem. Součinitel pasivního tlaku je tg2 (45 + j/2), a v tomto případě by bylo zatížení zemním tlakem stanoveným z výpočtových hodnot dokonce nižší než normové, to jest skutečné zatížení.

Dále při návrhu konstrukce pomocí metody závislých tlaků dochází při použití výpočtových veličin ke zkreslení deformace konstrukce a tím ke zkreslení celého výpočtu, neboť zatížení pažící konstrukce je funkcí její deformace.

Pro návrh pažící konstrukce se tedy metoda mezních stavů s parciálními součiniteli redukujícími úhel vnitřního tření v celém výpočtu jeví jako nepříliš vhodná.

Uvedené nedostatky mezních stavů odstraňuje právě ČSN P ENV 1997-1:1994, která zavádí pro mezní stavy tři kombinace parciálních součinitelů, přičemž každá kombinace je pro jiný případ výpočtu.

První případ, A, je pouze pro výpočet vztlaku, kde hlavním zatížením jsou hydrostatické síly. Druhý případ, B, je pro návrh konstrukce. Tedy pro případ, v němž nepočítáme únosnost zeminy, ale únosnost konstrukce. Příkladem může být pažící konstrukce (u níž se tak vyhneme zmenšení pasivního tlaku) či dimenzování základu. Třetí případ, C, je pro výpočet únosnosti zeminy: například problém stability svahu či návrh plošného základu. Parciální koeficienty pro jednotlivé případy jsou uvedeny v tabulce 1.

Příkladem použití parciálních koeficientů pevnostních charakteristik zeminy může být výpočet únosnosti plošného základu 2x2m v hloubce 2 m v nesoudržné zemině s c = 0 kPa, j = 37°.

Výpočet byl proveden podle vzorce R =
= A (c.Nsi + q.Nsi + 0,5.gB.Nsi), kde vliv úhlu vnitřního tření obsahují součinitele Nc, Nq, Ng

Dle předchozího výpočtu (tabulka 2) vychází poměr mezi normovou únosností a výpočtovou únosností dle ČSN P ENV 1997-1:1994 pro nesoudržné zeminy s vysokým úhlem vnitřního tření v intervalu 1,85 až 2,70 v závislosti na velikosti úhlu vnitřního tření (přičemž tento poměr stoupá s velikostí úhlu vnitřního tření) a poměr mezi výpočtovou únosností určenou dle ČSN 731001 a ČSN P ENV 1997-1:1994 v intervalu 1,15 až 1,40.

Pro soudržné zeminy se poměr mezi normovou a výpočtovou únosností plošného základu dle ČSN P ENV 1997-1:1994 pohybuje mezi hodnotami 1,65 – 2,20 v závislosti na velikosti úhlu vnitřního tření a soudržnosti a je tedy v podstatě shodný s poměrem mezi normovou únosností a výpočtovou únosností dle ČSN 731001. (Poměr výpočtových únosností podle obou norem je od 0,85 do 1,20.)

Zbývá ještě připomenout, že při návrhu konstrukce dle ČSN P ENV 1997-1:1994 je třeba nejprve určit únosnost základové půdy a použít tedy parciální koeficienty pro případ C a ve druhém kroku nadimenzovat konstrukci s použitím parciálních koeficientů dle případu B.


English summary

For the analysis of anchored sheeting structure according to the standard ČSN 731001 the method of ultimate states suitable using partial coefficients for reduction of the angle of repose in the whole calculation. There could be a chance that the result of the analysis brings earth pressure loa ding less than the real loading or the result could be distorted. The standard ČSN P ENV 1997-1:1994 introduces three combinations of partial coefficients, each for different case of analysis: A for the upward pressure, B for the project of the structure, C for the foundation bearing value. When calculating the structure, it is necessary to set foundation bearing capacity with the partial coefficient C first, in the next step to dimension the structure using partial coefficient B.