Projektowanie fundamentów – podstawowe informacje

Fundament jest to jedna z najważniejszych części obiektu budowlanego. To na fundamentach opiera się cała masa danego obiektu budowlanego. Jeżeli fundamenty nie będą miały odpowiednich parametrów lub zostaną źle dobrane może to prowadzić do uszkodzenia obiektu. Dlatego projektowanie fundamentów jest szczególnie istotne.

Z czym się wiąże projektowanie fundamentów

Aby zaprojektować odpowiedni fundamenty musimy ustalić wszelkie kwestie związane nie tylko z wybraniem odpowiednich fundamentów, ale także z doborem ich parametrów w odniesieniu do warunków gruntowych jakie panują na danym terenie. Informacje na temat warunków gruntowo-wodnych zamieszcza się w opinii geotechnicznej po wykonaniu badań geotechnicznych.

Kiedy projektant posiada już potrzebne informacje dotyczące podłoża gruntowego, to może przystąpić do projektowania fundamentów. Wstępne założenia odnośnie fundamentów ustalone podczas wczesnej fazy projektowej wcale nie muszą ulec zmianie. Zmiany najczęściej są wprowadzane kiedy mamy słabsze niż zakładano grunty lub zbyt wysoki poziom wód gruntowych.

Fundamenty muszą zostać dobrane w taki sposób, aby podłoże gruntowe było w stanie odeprzeć obciążenia generowane przez budynek. Jeżeli parametry fundamentów będą dobrane nieodpowiednio np. zbyt wąskie ławy, może to skutkować nierównomiernym osiadaniem obiektu. Prowadzi to najczęściej do jego uszkodzenia, które wynika z niemożności przyjęcia dodatkowych naprężeń wytworzonych wewnątrz konstrukcji obiektu.

Badania geotechniczne

Jest to jedna z podstawowych rzeczy, którą należy wykonać przy projektowaniu fundamentów pod daną inwestycję. Badania geotechniczne pozwolą nam zorientować się z jakimi gruntami w podłożu mamy do czynienia. Często bywa tak, że atrakcyjnie położona działka, szczególnie w okolicach zbiorników wodnych lub na terenach podmokłych może posiadać słabsze grunty lub grunty niebudowlane.

Głównie chodzi tutaj o grunty organiczne tj. torfy, namuły, czy gytie. Grunty te ze względu na posiadanie dużych ilości substancji organicznych mają niskie lub bardzo niskie parametry wytrzymałościowe m.in. odporność na ścinanie. Ponadto są to grunty bardzo podatne na odkształcenia, dlatego ciężko określić jak będą się zachowywać pod długotrwałym obciążeniem od budynku.

Innym problemem, który dosyć często występuje w podłożu gruntowym są wszelkiego rodzaju nasypy niekontrolowane. Czyli grunty o niewiadomym składzie, często z dużą zawartością gleby oraz elementów wskazujących na ich antropogeniczne pochodzenie np. okruchy gruzu, cegieł lub różnego rodzaju śmieci.

Nasypy niekontrolowane podobnie jak grunty organiczne nie nadają się do celów budowlanych. Nawet jeżeli grunt wykazuje dobre parametry mechaniczne, to ze względu na niewiadomy skład chemiczny, trudno określić czy na przestrzeni czasu nie ulegną pogorszeniu.

Dlatego jeżeli chcemy postawić dom na fundamentach bezpośrednich to konieczne będzie usunięcie nasypów niekontrolowanych oraz gruntów organicznych z wykopu pod ławy fundamentowe. W sytuacji kiedy tego rodzaju niepożądane grunty sięgają do znacznych głębokości to pozostaje zdecydować się albo na fundamenty pośrednie; najczęściej są to pale fundamentowe, albo na zmianę lokalizacji budynku.

Najpopularniejsze rodzaje fundamentów

Mimo ciągłego rozwoju technologii, cały czas najpopularniejszym rodzajem fundamentów bezpośrednich są ławy fundamentowe, czyli tzw. fundamenty tradycyjne. Popularność ław wynika głównie z łatwości ich wykonania co się bezpośrednio przekłada na, stosunkowo niską cenę tego rodzaju fundamentów.

Jeżeli warunki gruntowo-wodne nie nastręczają jakichś dodatkowych trudności to większość inwestorów decyduje się właśnie na ten rodzaj fundamentu. Ławy wykonuje się przeważnie z betonu klasy C12/15. Oprócz klasy betonu, istotne jest zbrojenie fundamentu. Najczęściej do tego celu wybiera się stal zbrojeniową, taką samą z jakiej wykonuje się pręty zbrojeniowe.

Zbrojenie nie zawsze jest stosowane, w sytuacji kiedy mamy lekką konstrukcję budynku, to szerokie ławy nie są konieczne. Jednak należy w tej kwestii zachować ostrożność. Jeżeli ławy wykonane bez zbrojenia będą zbyt szerokie, mogą na skutek osiadania budynku się połamać.

Strefa przemarzania gruntu

Kolejną ważną kwestią jeżeli chodzi o projektowanie fundamentów, jest uwzględnienie głębokości przemarzania gruntu. Ławy fundamentowe powinny być posadowione poniżej tej głębokości. Ta profilaktyka jest związana z wysadzinami mrozowymi. Jest to niebezpieczne zjawisko dla budynków, które może powodować poważne uszkodzenia.

Nie każdy grunt jest wysadzinowy, teoretycznie w typowych gruntach sypkich tj. piaski czy pospółki, wysadziny mrozowe nie powinny powstawać. Kanaliki w tego rodzaju gruntach są zbyt szerokie, aby doszło do podciągania wody kapilarnej. Jednak w praktyce bardzo rzadko mamy do czynienia z samymi gruntami piaszczystymi.

W Polsce grunty piaszczyste często są przewarstwione gliną bądź mają jakieś domieszki gliny. Dlatego profilaktycznie odradza się wykonywanie ław fundamentowych powyżej głębokości przemarzania gruntu. Polska jest podzielona na kilka tzw. stref przemarzania gruntu, które sięgają od 0,8 do 1,4 m p.p.t..

Płyta fundamentowa jako alternatywa dla ław

Kiedy mamy trudniejsze warunki gruntowe np. grunty o różnych parametrach wytrzymałościowych lub wysoki poziom zwierciadła wód gruntowych, płyta fundamentowa może być najlepszym rozwiązaniem. Jest to fundament, który dobrze niweluje ewentualne osiadania różnicowe, w sytuacji kiedy w miejscu gdzie ma stać budynek występują grunty o różnych parametrach.

Naprężenia, które powstają w wyniku tego typu osiadań są dobrze znoszone przez płytę fundamentową. Tak jak w przypadku ław fundamentowych, głównym parametrem branym pod uwagę była ich szerokość, w przypadku płyty fundamentowej bierze się pod uwagę jej grubość. Musi ona być dostosowana do masy konstrukcji budynku oraz parametrów podłoża.

Projektanci często wybierają ten rodzaj fundamentu nie tylko w sytuacji słabszych gruntów ale także kiedy mamy wysoki poziom zwierciadła wód gruntowych. Płyta fundamentowa pod przeciętnej wielkości dom jednorodzinny sięga zazwyczaj nie głębiej niż 0,4 m, pod powierzchnię terenu. Strefa przemarzania gruntu nie ma tutaj znaczenia ponieważ w przypadku płyty fundamentowej używa się tzw. opaski przeciwwysadzinowej.

Jest to bardzo duża zaleta, gdyż przeprowadzanie robót ziemnych w sytuacji kiedy jest zbyt wysoki poziom wód gruntowych często wiąże się z koniecznością obniżenia zwierciadła wody. Niewielka głębokość posadowienia płyty fundamentowej pozwala takiego problemu uniknąć.

Ponadto, jeżeli fundamenty będą znajdować się pod wodą, łatwiej o ich zawilgocenie, co z kolei często prowadzi do zawilgocenia ścian fundamentowych oraz ścian budynku. Dzieje się tak na skutek podciągania kapilarnego wody, która lubi znajdować wszelkiego rodzaju szpary lub puste przestrzenie w ścianach, którymi może wędrować do góry.

Pale fundamentowe

Jest to najpopularniejszy rodzaj fundamentów pośrednich. Konieczność zastosowania pali fundamentowych najczęściej ma miejsce kiedy grunty niebudowlane sięgają zbyt głęboko dla fundamentów bezpośrednich. Ze względów ekonomicznych bardziej opłaca się wykonać palowanie niż wybierać niekorzystne grunty i uzupełnić braki wykonując nasyp.

Kiedyś tego rodzaju fundamenty były drewniane. Obecnie jest wiele metod wykonywania pali fundamentowych, mogą one zostać wykonane z różnych materiałów, posiadać różne zbrojenie oraz kształt. Pale fundamentowe można wykonywać bezpośrednio w gruncie lub w specjalnym zakładzie prefabrykacji jako pale prefabrykowane.

Projektowanie fundamentów uwzględnia wszystkie te wytyczne, co daje dużą elastyczność przy projektowaniu pali oraz dobieraniu ich parametrów dla potrzeb danej inwestycji. W Polsce najpopularniejszą metodą wykonywania pali fundamentowych są pale CFA. Popularność tej metody wynika przede wszystkim z prostoty ich wykonywania. Metoda ta wykorzystuje palownice o dużej mocy, które pozwalają wykonywać nawet do kilkuset pali dziennie.

Pale CFA wykonuje się za pomocą świdra ciągłego, ślimakowego, znajdującego się na palownicy. Świder wwierca się w grunt do głębokości, na której ma się znajdować podstawa pala. W trakcie procesu wiercenia grunt jest wynoszony na powierzchnię w postaci urobku oraz rozpychany na boki za pomocą świdra.

Innym rodzajem pali, które często są stosowane w Polsce, to pale prefabrykowane, czyli nie wykonywane bezpośrednio w gruncie, tylko przywożone na plac budowy z zakładu prefabrykacji. Sam transport tego typu pali nie stanowi większego wyzwania, ponieważ pale mogą być podzielone na części a następnie połączone ze sobą za pomocą specjalnych sworzni.

Obecnie tego typu pale wykonuje się z betonu klasy B-50. Pozwala to na pogrążanie pala w gruncie z większą wydajnością, bez obaw o jego uszkodzenie. Pogrążanie pala odbywa się przy użyciu kafarów, spalinowych lub hydraulicznych. Pale wykorzystywane przy konstrukcjach znajdujących się na morzu najczęściej wykonuje się ze stali.