Az alapozás feladata Az alapok feladata a terhek biztonságos átadása az altalajnak. A figyelembe veendő terhek és hatások - állandó és időszakos jellegűek; - önsúly és hasznos terhek; - víznyomás irányokban; - dinamikus hatások (pl. forgalom, cölöpverés); - széllökések hatása (lengés); - hőhatás: térszint alatt kisebb, felette nagyobb mértékű hőmozgás várható; meleg üzemű épületeknél fennáll a talaj kiszáradásának veszélye; hűtőházaknál a talaj átfagyása veszélyeztet; vegyi hatás (talajvízből, technológiából). Erőtani követelmények: teherbírás; állékonyság (elcsúszással, felborulással, billenéssel és felúszással szemben); alakváltozás korlátozása (süllyedésből kár nem keletkezhet); Alapozási szempontból egyszerű összetett épület Egyéb szempontok: alapokhoz szivárgó víz nem juthat (felszínről, közműből, technológiai okokból, stb.); az alapgödör visszatöltése megfelelő tömörítéssel kell történjék; a szomszédos épületek semmi módon nem veszélyeztethetők.
Főcsoport Csoport Talajnem Megjegyzés I. szilárd kőzetek 1. termett szikla eruptív, üledékes, metamorf kőzetek, II. laza kőzetek (talajok) 2. laza, szemcsés talajok görgeteg, kavics, homok, homokliszt, 3. kötött talajok iszap, kolloidok, agyag, 4. szerves talajok humusz, szerves iszap és agyag, tőzeg III. részlegesen megkövesült talajok 5. Átmeneti egyedek a laza kőzetekből a szilárd kőzetekbe lösz, márga, stb. Minden szilárdulás alatt álló kőzet IV. bomlófélben lévő kőzetek 6. átmeneti egyedek a szilárd kőzetekből a laza kőzetekbe lösz, márga, stb. Minden mállás alatt álló kőzet Alapozás szempontjából rossz altalajok: 2. csoportból a folyós homok, 3. csoportból a nagy víztartalmú puha iszap- és agyagtalajok, 4. csoportból minden egyes szerves talaj, 5. csoportból a módosult (átázott) lösz. A talajvizsgálatok a rétegződés, a fizikai és egyéb tulajdonságok meghatározására szolgálnak. A módszerek: szemrevételezés; közvetlen talajfeltárás (a mintákat laboratóriumban vizsgálják): - aknákkal, próbagödrökkel, - fúrásokkal, - táróval, próbaterhelés: - felszínen (aknában), - fúrólyukban, - próbacölöpön, - szondázással, geofizikai módszerekkel (gravimetrikus, magnetikus, szeizmikus eljárások, dinamikus módszer). Tisztázni kell hogyan alakul a feszültség mélységi irányban; milyen a szomszédos alaptestek kölcsönhatása; milyen a talpfeszültségek jellege. A talajvizsgálat része a talajvíz vizsgálata (szint, agresszivitás, áramlás, stb.).
Alapozási módok Az alapozások két fő csoportja: síkalapozás; mélyalapozás. Síkalapozás A síkalapok az építményt a felszínhez közeli talajrétegekre helyezik. Az alap közvetlenül, alsó támaszkodó felületével adja át a terheket a talajnak (az oldalfelületen átadott teher elhanyagolható). A síkalapok körébe tartoznak az alábbi megoldások is: - az alapok alatt a talajt kicserélik, vagy megszilárdítják; - az alapok alatt felszíni, vagy mélytömörítést végeznek; - az alapok kerülete mentén szádpallókat vernek le; - a talajt cölöprendszer tömöríti, mely nem ér fel az alapok síkjáig; - az alapok alsó síkja és a teherbíró talajréteg között teherátadó soványbeton rtg készül. A síkalapok változatai: sávalap; pontalap; gerenda és gerendarács alap; lemezalap. Sávalap A sávalap a falak alatt végigmenő, folytonos megtámasztást biztosító hosszú alaptest. Jellemzői: hosszúsága meghaladja szélességének 3,5-szörösét; alsó felülete sík (esetleg íves); tömör falas, vagy pincefalra állított pillérvázas épületek, támfalak stb. szerkezete; a falnál szélesebb, azon konzolszerűen túlnyúlik. A sávalap anyaga: leggyakrabban csömöszölt beton, de lehet úsztatott köves beton, vasbeton, régebben kő és tégla.
Az anyagtól függő készítési szabályok: a) Csömöszölt beton sávalap: az alap ágyazórtg nélkül, a talajra kerül; általában teljes keresztmetszetében azonos minőségű betonból készül (lépcsős szelvény esetén az igénybevételhez igazodhat); a lépcsőzés 25-50 cm. b) Úsztatott köves beton sávalap: az alap közvetlenül az alapárok fenéksíkjára készül; a kövek érintkezésének elkerülése érdekében: a kövek mennyisége a beton tömegének kevesebb, mint 0,3-a; a legnagyobb kőméret kisebb, mint a legkisebb szerkezeti vastagság 1/3-a; a kövek közötti távolság 5 cm, de inkább 8-10 cm; az alaptest felületén a kövek betontakarása minimum 8-10 cm; úsztatott kő maximum a teljes magasság felében lehet; c) Tégla sávalap: az alap 3-6 cm vastag homok- vagy habarcsrétegre épül; lépcsőzése - a teherátadási vonal figyelembe vételével általában 2 vagy 4 rétegenként, ¼, ½ tégla vastagsággal kialakított; az állóhézagokat teljesen kitöltik habarccsal. d) Terméskő sávalap: az alap ágyazása 3-6 cm vastag homok vagy habarcs; elmozdulás-mentesen beépített kövekből épül; lépcsőzése a teherátadási vonal szerinti; rétegenként ~ 2 cm vastag habarcsba, a vastagabb habarcsrétegeket kőékekkel megosztva rakják. e) Vasbeton sávalapok: az alapok 4-5 cm vastag szerelőbeton rétegre, méretezett vasalással készülnek.
A sávalap szelvénye. A sávalap felső szélességét: a ráterhelő fal vastagsága (b); a csatlakozó szerkezetek helyigénye (pl. a szigetelést védő illetve tartófal, a szigetelés toldása); a csatlakozó munkanemek méretpontossága határozza meg. Az alap alsó, teherátadó szélességét: elsődlegesen a talaj teherbíró-képessége (nyomó határfeszültsége) határozza meg, az állékonysági és alakváltozási megfelelőséget ellenőrizni kell. Az alap szélességének kiszámítása: σ P F h = = P B *1 amiből: P B = σ *1 ahol: P: a sávalap 1 m hosszára átadódó terhelés, σ h : a talaj határfeszültsége h A sávalap magassága: a méretezés kiindulása: a sávalap megfordított konzolos tartó, melyet a végigmenő falazat támaszt meg, és a talajfeszültség, mint megoszló terhelés vesz hajlításra, nyírásra igénybe; az alaptestben keletkező feszültségek nem léphetik túl az alaptest anyagára megengedett értékeket; A méretezés szempontjából alapvető fontosságú a talpfeszültség eloszlása, mely függ: az alaptest és a felmenő szerkezet merevségétől; a talaj fizikai tulajdonságaitól - nyírószilárdságától, összenyomhatóságától; az alapozási sík mélységétől a takaró földtömeg összsúlyától; az alaptest geometriai méreteitől; a terhelés nagyságától, eloszlásától. Gyakorlati célokra megfelelő az alábbi megközelítés: merev sávalapok alatt kötött talajoknál sinusgörbe menti, tömörfekvésű szemcsés talajoknál egyenletes a feszültség-eloszlás; rugalmas sávalapok alatt kötött talajon egyenletes, szemcsés talajon parabolikus a talpfeszültség eloszlása. Az alap magasságának kiszámítása: Az összefüggés: tg α = m k amiből: m = k *tgα ahol: k: az alaptest konzolkinyúlása, tgα: az alap alsó síkja és a teherátadási vonal által bezárt szög (a teherátadási vonal a terhelő fal szélét és az alap alsó sarokpontját összekötő vonal); tgα: táblázati érték (az alaptest anyagától, az átlagos talajfeszültségtől és az alaptest felső síkján fellépő feszültségtől függ, minél nagyobb szilárdságú az alaptest tgα értéke annál kisebb);
A sávalap szelvénye: minimális magassági mérete 50 cm; négyszög szelvényű, ha a konzolkiülés < 15 cm; nagyobb konzolkiülés esetén lefelé szélesedő trapéz (beton, úsztatott köves beton, vasbeton alap), illetve lépcsős (kő, tégla alap); fölső szélességi mérete: a ráterhelő fal +5 cm mindkét oldalon (szigeteléstartó fal esetén +15, +25 cm); az alap alsó szakasza (beton alapoknál) függőleges síkokkal készül m/10, min. 10 cm magasságban; az alap lépcsőzése (kő, tégla alapoknál) a teherátadási vonalat nem metszheti át. Az alapozási sík megválasztását befolyásoló tényezők: a kiindulás a szerkezetileg szükséges minimális mélységű alapozási sík; a szerves talajréteget (humuszt) el kell távolítani; az alaptest minimális magassági mérete (m); a talajrétegződés, a teherbíró talaj szintje; a fagyhatár, mely a hőmérsékleti viszonyoktól és a talaj fagyveszélyességétől (0,02 mm alatti szemcsék mennyiségétől) függ: a talajvízviszonyok: ha az építési vízszint magasabb az alapozási síknál talajvízszint-süllyesztésre van szükség, vagy az építés átütemezésére (a várható talajvízszint októberben a legalacsonyabb); nyomás alatti talajvíz esetén a vízzáró réteg megközelítése talajtörés veszélyével fenyeget; agresszív talajvíz esetén az alaptestek védelméről gondoskodni kell; a talajvíz és a talaj határfeszültsége összefügg; a szomszédos épületek alapjainak helyzete kihatással van az újakra; a teherbíró altalaj fekvését figyelembe kell venni; a ferde rétegződés csúszásveszéllyel jár, ez az alapok lépcsőzésével elkerülhető; a lépcsőzés szöge a talaj belső súrlódási szögéhez igazodik (általában 30 ); A csúszásveszély elhárításához a felszíni és rétegvizek távoltartására van szükség (a talaj átázásának megelőzésére szivárgó-rendszereket alkalmaznak) fagyhatár Tengerszint feletti magasság Szemcsés talajok Kötött talajok < 300 m 50 cm 80 cm > 300 m 80 cm 100 cm
Az alapozási sík módosítása Meglévő épület mellé történő építéskor a feszültséghalmozódás következtében fenyegető talajtörés elkerülésére - az alapozási síkok egyeztetésére van szükség: a régi épület mélyebben fekvő alapteste mellé az újat azonos síkra kell levinni. ha az új alap nyúlik mélyebbre, a régi alapot szakaszos aláfalazással, alábetonozással kell lemélyíteni az új épület alapsíkjával megegyező szintre. Az alapozási sík magasabbra helyezésével: víztelenítési munka takarítható meg; a mélyebben fekvő talajrétegekre áthárított feszültségek intenzitása csökkenthető; az artézi nyomású talajvizet lezáró közbenső agyagréteg elvékonyítása elkerülhető; Az alapozási sík mélyebbre helyezésére van szükség, ha: az alapozási sík alatt kis vtg-ságú, erősen összenyomható talajrtg (pl.tőzeg) van.
A nem teherhordó válaszfalak alapozása az alábbiak szerint történik: nehéz falak esetén sávalap készül; könnyű válaszfalak alatt elégséges az aljzat megerősítése; rossz talaj esetén a könnyű válaszfalakat gerendakiváltásra építik. A könnyű teraszépítmények alapozása célszerűen pilléres (a fölakadás megelőzése érdekében) A sávalap merevségének fokozására van szükség: nedvesség hatására térfogatváltozó talajok, illetve süllyedésre érzékeny felmenő szerkezetek esetén. Ennek eszköze a vasbeton alapkoszorú (talpkoszorú).
Pontalap A pont- (tömb-, talp-) alap a pillérvázas épületek alapozási szerkezete. Oszlopok, pillérek alá kerülő, különálló konzolos alaptest, amely talpfelületének oldalaránya 1:3,5-en belüli. Anyaga jellemzően vasbeton, de készült betonból, kőből és téglából is. Szelvénye: alaprajza négyszög (négyzet), ritkábban sokszög vagy kör; fölső és alsó felülete méreteire a sávalapoknál elmondottak értelemszerűen érvényesek; magassági méretének megállapításakor a méretezés abból indul ki, hogy két irányban hajlított, kis kiülésű térbeli konzolként kezeli. Az alapozási sík megválasztásának szempontjai a sávalapokéhoz hasonlóak. A szomszédos épületek mellé kerülő pontalapok esetén az alapozási sík egyeztetésén túlmenően a pilléralap - aszimmetrikus terhelés okozta - stabilitásvesztését meg kell akadályozni: a pillért az épület szélétől beljebb húzva; a szélső fél pilléralapot a szomszédos pilléralappal összefogva; a fél pilléralapot és a szomszédos pontalapot nyomatékbíró gerendával összekötve. A körítő pincefalak, a lépcsőházi és merevítő falak a pontalapokra támaszkodó alapgerendákra épülnek. Előregyártott vasbeton vázak alapozásához előregyártott kehelyalapokat alkalmaznak.
Gerenda és gerendarács alapok A gerendaalap a pillérek (falsávok) alatti egy irányban futó szerkezet. A gerendarács-alap a pillérek alatt két irányban végigmenő szerkezet. Alkalmazásukra pillérvázas épületeknél akkor kerül sor, ha a nagy terhelés (gyengébb talaj) miatt túl nagy felületű pontalapok adódnának; a felépítmény süllyedés-érzékeny (a merevség ezzel növelhető); a terület csúszásveszélyes. Anyaguk vasbeton, melyet hosszirányban többtámaszú, hajlított tartóként vasalnak. Szerelőbetonra épülnek. Szelvényük négyszög vagy fordított T alak. Talajvíz esetén alkalmazásuk célszerűtlen. Lemezalapozás A lemezalap az egész épület vagy annak többnyire mélyített pinceszakasza alatti teljes felületű, összefüggő vasbeton szerkezet. Teherhordó falas, pillérvázas és vegyes teherhordó szerkezetű épületeknél egyaránt használható Alkalmazására akkor kerül sor, ha a talaj teherbírása csekély vagy a terhelés túl nagy (túl nagy méretű sáv, illetve pontalapok adódnának); a talaj minősége változó (a feladat a káros süllyedéskülönbségek megelőzése); az épület egésze vagy egy része talajvíznyomás alá kerül (a lemezalap ez esetben ellenszerkezetként működik). A lemezalap fordított födémként fogható fel, amelynél a terheket levezető falak, pillérek által továbbított - támaszerők ismertek. Szerkezeti kialakítását tekintve: síklemez; bordáslemez; gombafödém-szerű.
A méretezés szempontjai: alapfeltétel a talpfeszültségek helyes eloszlásának ismerete, ami függ: az altalaj minőségétől; az építmény méreteitől; hajlékonyságától; rugalmas ágyazású szerkezetként kezelendő, ha a lemez hajlékony; a talaj tömör szemcsés, vagy kemény, kötött; merev szerkezetként kezelendő, ha a lemez merev (a támaszok távolsága kicsi, a lemez vastag); a talaj rendkívül puha. A lemezalap és a pincepadló összefüggése: bordás lemezek esetén a feltöltés szükségessége magától értetődő; síklemez esetén is szükség lehet rá a gépészeti vezetékek számára. A lemezalap és a szigetelés kapcsolata: ha csak talajnedvesség igénybevételével kell számolni, a szigetelés nyomvonala az alap fölső síkján jelölhető ki ha az épület talajvízbe merül, a lemezalap ellenszerkezetként működik, a szigetelés tehát alsó síkjára kerül, az alap a védett oldalon helyezkedik el
Az alapozási mód megválasztása Az alapozási mód megválasztásakor szem előtt kell tartani a következőket: a mélyalapozással szemben előnyben kell részesíteni a síkalapozást; a teherhordó falas épületek jellemző alapozása a sávalap; a pillérvázasoké a pontalap; ha a sáv-, illetve pontalapok túl közel kerülnének egymáshoz - a feszültséghalmozódás nagyobb süllyedésekkel, süllyedéskülönbségekkel fenyeget, ennek elkerülése érdekében gerenda-, gerendarács, illetve lemezalapot kell alkalmazni; a gerenda-, gerendarács alap merevebbé teszi az épületet, s ezzel csökkenti a csúszásveszélyt; a lemezalap előnyei: kiküszöböli a kis teherbírású talaj hátrányait; kevésbé érzékeny a lokális külső - dinamikus, felszín alatti eróziós, szomszédos épület okozta - hatásokból adódó következményekre; építése jól gépesíthető; a különböző alapozási módok eltérő mértékben teszik lehetővé a felmenő szerkezettel való együttdolgozást, és különböző mértékben érzékenyek a lokális hatásokra (pl. átázás): legkedvezőtlenebb a pontalap; legkedvezőbb a lemez (illetve doboz-) alap. Az épületek egy részénél többféle alapozási mód együttes, összehangolt alkalmazására kerül sor
Különleges síkalapok a) A rövid fúrt cölöpök anyaga beton vagy vasbeton. 30-40 cm átmérővel, azonos mélységig lehatolva, 1,0-3,0 m tengelytávolsággal készülnek. Alkalmazásukra pince nélküli, kis terhelésű (legfeljebb egyemeletes) épületeknél kerül sor, a technológia szempontjából megfelelő terepviszonyok esetén. b) A vasbeton héjalapok kis teherbírású talajon, az épület teljes felülete alatt készülnek. Anyagtakarékos, kis szerkezeti magasságú alapok, melyeket nagy élőmunka- és időráfordítás jellemez.