Vibroizolace v základové spáře a její ochrana vodotěsnou izolací
Úvod
Na příkladu železobetonové konstrukce budovy je ukázána efektivnost provedené vibroizolace v základové spáře při porovnání odpružené versus neodpružené konstrukce [1]. Bytový dům má tři podzemní podlaží a odstupňovaně šest (ze severní strany) až deset (z jižní strany) nadzemních podlaží. Objekt je založen na základové desce na úrovni podlahy 3. PP. Pro výpočet konstrukce byl vytvořen prostorový model celé konstrukce, včetně podzemních podlaží a pryžové vrstvy vibroizolace. Výpočetní model je na úrovni podlahy 3.PP uložen na vícevrstvou základovou konstrukci. Základová deska tloušťky 500 mm (horní základová deska) je uložena na vibroizolační vrstvě z pryžových bloků Ekodyn. Stropní desky, nosné stěny, sloupy i trámy byly modelovány železobetonové monolitické. Nosné stěny v podélném směru v každém druhém typickém podlaží byly modelovány jako zděné. Schodišťové podesty a jejich ramena byly modelovány jako prefabrikované a kloubově uložené na okrajích desek a stěn. Desky balkónů a lodžií jsou modelovány jako prefabrikované a kloubově uložené na okrajích desek. Geometrický tvar výpočetního modelu je uveden na obr. 1.
Obr. 1 Výpočetní model konstrukce
Pryžová vibroizolace
Vibroizolace byla navržena pod celým objektem. Základová deska je navržena jako dvouvrstvá, mezi spodní a horní částí těchto základových konstrukcí je vložena pružná vrstva vyskládaná z pryžových desek (obr. 2a).
Mezi horní a dolní část základové desky se v celé ploše vloží vibroizolační pryžové desky [1], [4], které budou zdola i shora chráněny hydroizolací, zabraňující proniknutí vody nebo cementového mléka do vibroizolace. Pokud se použije shora pouze fóliová vibroizolace, je nutno ji chránit proti proražení při následné pokládce výztuže a betonáži geotextilií. Pryžové bloky (desky) jsou pokládány vedle sebe, tedy nikoli do zámků, a vždy pouze v jedné vrstvě a s mezerami od 3 mm do 5 mm mezi sebou (obr. 2a). Důvodem rozestupů pryžových desek mezi sebou je požadavek, aby při stlačení pryžových desek bylo umožněno jejich soudkovité vyboulení do stran. Těsnost hydroizolace byla při výstavbě ověřována (obr. 2b). Jakékoliv proniknutí vody, nebo jiných penetračních gelů mezi pryžové desky výrazně sníží účinnost vibroizolace neboť kapalina způsobí v důsledku zaplnění spár mezi pryžemi a proniknutím do pórů pryžové vrstvy nežádoucí navýšení tuhosti vibroizolace.
Svislé vibroizolační vrstvy navazují na vodorovnou vibroizolaci a chrání podzemní část objektu proti přenosu vibrací z podloží na kontaktu s obvodovými stěnami. Tyto svislé vrstvy jsou vytaženy až na povrch terénu. Vibroizolační vrstvy v odpružené části konstrukce od sebe tedy důsledně oddělují spodní a horní část základové konstrukce na úrovni základové desky a podzemní obvodové stěny od okolního geologického prostředí pod úrovní terénu.
Pryžové desky vibroizolace jsou navrženy tak, aby horní část základové desky spolu s konstrukcí budov nad ní bylo možno považovat za pružně podepřenou, odpovídající tuhosti pryže. Chování pryže v základové spáře lze charakterizovat Winkler-Pasternakovým modelem pružného podloží. Jedná se o dvouparametrický model podloží, který odpovídá tuhostem použitých pryží v místech vibroizolace a štěrkopískového podloží v ostatních místech.
Při dynamickém zatížení, které dosahuje relativně malých hodnot (přibližně v úrovni desítek μm) vůči statickému stlačení od stálých zatížení, je uvažován pro výpočet dynamické odezvy konzervativně sečnový modul pružnosti k dané křivce přetváření pryže (závislost napětí na deformaci) podle výsledků jejich testování ve zkušebně.
Obr. 2a Pokládka pryže v základové vaně Obr. 2b Ověřování těsnosti hydroizolace
Vynucené kmitání budovy
Výpočty vynuceného kmitání budovy byly provedeny pro model celé konstrukce uložené na pružné vibroizolační vrstvě, variantně na původním břidlicovém podloží. Výpočet vynuceného kmitání konstrukce byl proveden metodou rozkladu dynamického buzení (obr. 3) do spektra vlastních tvarů kmitání [2], [3]. Dynamické buzení objektu na úrovni základové spáry bylo převzato z naměřených zrychlení vibrací před zahájením výstavby. Průběhy buzení od dopravy ve vertikálním směru i v horizontálním směru jsou frekvenčně velmi podobné a liší se intenzitou časových průběhů.
Obr. 3 Normalizovaný průběh buzení od dopravy ve vodorovném směru
Výpočtem byla stanovena dynamická odezva konstrukce o celkové délce výpočtu 1,000 s, výpočet byl proveden s krokem 0,005 s. Vypočtené hodnoty (deformace základové desky a stropních desek) byly normalizovány tak, aby maximální deformace v základové desce měla velikost 1. Maximální vypočtené hodnoty odezvy jsou uvedeny v tab. 1. Normalizované výchylky konstrukce umožňují jednoduše porovnat zesílení nebo zeslabení odezvy konstrukce.
Porovnáme-li vypočtenou odezvu na úrovni základové desky (v místě uložení na konstrukce na pryž a v místech vnesení dynamického buzení) s odezvou v jednotlivých vyšších podlažích, lze z tohoto poměru usuzovat na velikost změny velikosti vibrací v jednotlivých podlažích [3]. Tento poměr je závislý na naladění konstrukce, tedy vlivu geometrie budovy, zvolených průřezech a tloušťkách a zatížení (včetně stálé složky užitných zatížení). Tento postup je značně konzervativní a je na straně bezpečné. Z porovnání odpružené a neodpružené konstrukce v tab. 1 je zřejmé, že pružně uložená konstrukce kmitá významně méně, než konstrukce bez vložené pryže.
Další vliv, který má významnou úlohu pro posuzování dynamické odezvy, jsou časové průběhy odezvy (obr. 4), respektive dominantní frekvence této odezvy. Časové průběhy vynuceného kmitání ve svislém směru při vodorovném buzení byly spočteny pro vybrané body v ose nad sebou. Díky odpružení konstrukce budovy vloženou pryžovou vrstvou dojde k přerozdělení frekvenčního signálu odezvy do oblasti nízkých frekvencí přibližně do úrovně mezi 1 Hz až 15 Hz, nejvýše 20 Hz. Vyšší frekvenční složky buzení jsou výrazně utlumeny a přenesou se do budovy na zanedbatelně malých amplitudách kmitání ve srovnání s nízkofrekvenčními složkami. Pro konstrukci bez pryžové vrstvy k přerozdělení frekvenčního signálu a útlumu vibrací nedochází, a nebo jen výrazně méně. Jednotlivé části konstrukce se pak rozkmitají na některé z dominantních frekvencí buzení, které odpovídají nebo jsou blízké vlastní frekvenci (nebo vyšší harmonické frekvenci) příslušné části konstrukce.
Tab. 1 Porovnání odezvy budovy s vibroizolací a bez ní ve frekvenčním intervalu 1 až 20 Hz
Obr. 4 Časové průběhy svislé výchylky odpružené konstrukce při horizontálním buzení ve střední části konstrukce (v bodech nad sebou)
Závěr
Cílem příspěvku je návrh vibroizolace v základové spáře obytné budovy, zatížené účinky povrchové dopravy a metra. Vibroizolace je chráněna vhodnou hydroizolací a geotextilií proti zatečení vody a penetračních gelů do její skladby. Na konkrétním příkladu je uvedena pokládka pryžových vibroizolačních desek.
Maximální naměřené intenzity vibrací na staveništi byly použity jako neperiodické zatížení objektu technickou seismicitou od účinků dopravy. Při průjezdu vozidel metra v tunelu nebo po povrchových komunikacích v těsné blízkosti budovy se do jejích základů přenášejí dominantní vibrace ve formě přechodového kmitání.
Na základě výpočtu statické a dynamické odezvy budovy bylo navrženo optimální rozmístění pryžové vibroizolace v základové konstrukci. Výpočtem byla stanovena predikce kmitání podlah v jednotlivých podlažích a stanoveny časové průběhy kmitání ve vybraných bodech.
V příspěvku je uvedeno porovnání vypočtené odezvy pro objekt s vibroizolací a bez ní. Z porovnání výsledků je zřejmá výhodnost provedení vibroizolace v základové konstrukci budovy.
Poděkování
Příspěvek byl vytvořen za finanční podpory grantového projektu GAČR P105/11/1580: Přechodová odezva konstrukcí při krátkodobém dynamickém nebo rázovém zatížení od seismických účinků a výbuchů. Za tuto podporu autoři vyjadřují grantové agentuře svůj dík.
Literatura
[1] D. Makovička, D. Makovička: Odezva konstrukcí na účinky technické seizmicity, Materiály pro stavbu, roč. 19, č. 2, 2013, s. 44-48.
[2] D. Makovička, D. Makovička: Dynamic structure response excited by technical seismicity effects, Adv. Eng. Softw. (2013), Elsevier B. V., pp. 323-331.
[3] D. Makovička, D. Makovička: Seismic response of a structure under various subsoil models, In: Z. Dimitrovová, J.R. de Almeida, R. Gonçalves (eds.): Proceedings of the 11th International Conference on Vibration Problems (ICOVP-2013), Lisbon, Portugal, 9-12 September 2013.
[4] D. Makovička, D. Makovička: Structure isolation in order to reduce vibration transfer from the subsoil, Int. J. Comp. Meth. and Exp. Meas., Vol. 0, No 0, WIT Press, 2014, pp. 1-13.
