Chci postavit rodinný dům - návod jak objednat IG průzkum
Jakákoliv stavba a rekonstrukce bývá obvykle významným finančním závazkem, a tak je důležité žádný aspekt podcenit. Výběr vhodného pozemku je zřejmě nejdůležitějším rozhodnutím, které bude ovlivňovat správnou funkčnost stavby po celou dobu její existence. Dalšími důležitými rozhodnutími jsou volba schopného projektanta a nakonec také realizační firma. Výběr pozemku je v mnohých oblastech dán územním rozhodnutím patřičného obecního, nebo městského úřadu, developerským projektem a někdy také samostatným výběrem na základě místního „genio loci“ apod. Při výběru pozemku je nutné sledovat mnoho faktorů, které jsou dány přírodními a také technickými poměry. Z přírodních poměrů je nutné posoudit určitou pravděpodobnost vzniku přírodních katastrof velkého a malého měřítka, to znamená přítomnost tzv. geohazardů.
Nejdůležitějšími hazardy jsou povodně, vodní eroze břehů a vznik strží, vznik sesuvů, skalní řícení, zemětřesení, propadání základové půdy do krasových jevů, vulkanické exploze, tsunami, přítomnost rašeliniště aj. Mezi další lze započítat vystavení pozemku silnému větrnému namáhání (např. horské hřebeny), přívalové deště, velké množství napadnutého sněhu, přítomnost vysokých stromů hrozící pádem a další.
Mezi technické aspekty, které zásadně ovlivňují dlouhodobou bezproblémovou funkčnost stavby, patří zejména poddolovanost starými důlními díly, přítomnost heterogenních navážek, chemické znečištění, průmyslová seismicita apod. Vzhledem k tomu, že Česká republika je relativně bezpečnou zemí, co se týká přírodních katastrof, zaměřme se na nejdůležitější z nich, a tím jsou povodně, sesuvy a poddolování. S každým z těchto aspektů je spojena takzvaná „paměť obyvatelstva“, kdy na základě místní zkušenosti jsou zastavěny pouze některé oblasti a některým se stavební činnost obloukem po desítky a stovky roků vyhnula.
Teoreticky sice platí, že jakoukoliv stavbu lze vyprojektovat a postavit kdekoliv, ale složitost přírodních poměrů a statická náročnost stavby nastavují tvrdé finanční limity. Hodnocení složitosti základových poměrů určuje takzvaná geotechnická kategorie, kde I. (nejméně složitá) platí pro jednoduché základové poměry a staticky nenáročné konstrukce (typické rodinné domy). II. kategorie je pro kombinaci jednoduchého s náročným a III. geotechnická kategorie je pro složité základové (přírodní) poměry a staticky náročné stavby.
1) Povodně
Prvním z důležitých přírodních aspektů jsou povodně. Velmi důležité je si uvědomit, že voda není oheň a není možné se jí "zbavit" uhašením. První hliněné stavby na našem území vznikaly již v pravěku a postupem času s narůstajícím lidským poznáním vznikaly složité stavby většinou respektující přírodní poměry. Dřívější stavitelé se převážně vyhýbali blízkosti vodních toků, ať už se jednalo po potoky, divočící řeky nebo rozlehlé toky v údolních nivách. Nejstarší sídliště tak vznikala nejen z důvodu obranného na vyvýšeninách. Mnohé horské potoky a řeky se na jaře pravidelně vylévají z koryt a valící se voda vyvrací stromy, podemílá břehy, přemísťuje velké kameny a samozřejmě ničí lidské stavby. Zde obvykle člověk správně tuší, že s divokou jarní vodou není snadné si zahrávat a buduje svá obydlí mimo dosah vody. Podobně je tomu v nivách velkých řek. Vodní stavy jsou závislé na ročním období a také na extrémních dlouhodobých srážkách. Pokud se podíváme do minulosti, skoro všechna velká města se během tisíciletého vývoje rozrostla a leží částečně v dosahu velké řeky a trpí povodněmi. Dosah extrémních povodní dříve býval velkou neznámou, aktuálně lze možnost povodní a zátopových oblastí zjistit z geologické mapy (www.geology.cz) nebo v mapě záplavových oblastí na příslušném stavebním úřadě, kde světle modrou barvou jsou zmapovány fluviální (tj. říční) sedimenty z období holocénu. Morfologicky se jedná o roviny, které jsou pokryty převážně černými jíly s organickou příměsí, hnilokaly, rašelinami aj, hlouběji se z pravidla jedná o písky a štěrky. Přítomnost takových usazenin ukazuje, že si řeka čas od času kus krajiny „vezme do svojí péče“. Vzniku povodní se lidé brání budováním přehrad a regulacemi vodních toků, které však ne vždy fungují na 100 procent. Doporučení, jak se vyhnout povodňovým hazardům, poskytne místní stavební úřad; zpravidla se jedná o budování stavby na zvýšeném násypu, budování lokálních ochranných hrází a mobilních bariér.
2) Sesuvy a skalní řícení
Svahové nestability jako jsou sesuvy zemin, sužovaly budování lidských sídel převážně v hornatém terénu se složitou geomorfologií, pokud je složen převážně z měkčích rychle zvětrávajících hornin. V hlubokých údolích, kdy se vodní toky po milióny let zařezávaly do podložní skály, vzniká čas od času skalní řícení, kdy drobné kameny padají do údolí relativně často a pády velkých balvanů a bloků jsou spojeny s vydatnými dešti, jarním tání a otřesy (trhací práce, autodoprava, zemětřesení).
Sesuvy vznikají na svazích z důvodu porušení smykové soudržnosti zemin, které jsou za normální situace stabilní (vznikne smyková plocha, po které nastává pohyb směrem do údolí). Spouští pro sesuvy je nasycení zeminy vodou z vydatných dešťů, kdy objemová hmotnost může narůst až o desítky procent. Sesuv se začíná vyvíjet postupným vznikem smykové plochy tehdy, kdy se poměr stabilitních sil a sil způsobujících sesuv (zejména gravitace) se blíží hodnotě jedna (síly jsou vyrovnané). Samotný vznik sesuvu nebo svahové deformace obvykle není náhlá věc, ale vyvíjí se v časovém horizontu zřídka minut a častěji až desítek roků.
Stabilizační faktory svahů jsou zejména morfologie (s mírnými svahy), smyková pevnost zemin a hornin a potom stabilizační sanace prováděné člověkem (kotvení stěn, budování odvodnění svahu, stavba pilotových stěn, přitížení násypem, odtěžení části svahu aj.). Vhledem ke zvětrávání se z měkkých hornin charakteru jemnozrnného prachovitého pískovce, jílovce, vulkanických tufů, mořských jílů a turbiditních sedimentů charakteru flyše relativně rychle vyvíjí takzvané reziduální zeminy. Tyto zemin vznikají na místě a s přibývajícím stářím jsou uvnitř rozrušovány chemické vazby mezi částicemi, dochází k rekrystalizacím minerálů, nárůstu pórovitosti, vzniku puklin a smykových ploch. Zejména po vydatných deštích dojde vlivem náhlého přitížení k překročení stability svahu za vzniku sesuvu. Nestabilní zemina se přesune do údolí, změna morfologie způsobí dočasný nárůst stability a po delším časovém horizontu, který je závislý na rychlosti eroze, změnám morfologie a zvětrávání hornin a zemin, dochází opět ke vzniku dalšího sesuvu. Sesuvy menšího rozsahu je samozřejmě možné dlouhodobě stabilizovat, ale vždy je nutné posoudit, zda se jedná o tak výjimečný pozemek a zda si to stavebník může finančně dovolit.
V případě hornin, které vycházejí na povrch jako skalní stěny a výchozy, dochází k průsaku dešťové vody do puklin, kde voda působí pórovým tlakem. Tlak není závislý na šířce pukliny, ale na výšce vodního sloupce. Takže, pokud se v puklině nahromadí velké množství vody ve vodním sloupci, skalní bloky jsou nadlehčovány a na plochách diskontinuit (pukliny, zlomy, vrstevnatost) dochází k výraznému poklesu smykové pevnosti, což se projevuje vznikem skalního řícení. Stabilizace rozpadajících se skal je nesmírně náročná na technické a finanční prostředky. Z uvedeného důvodu je vhodné nebudovat žádné stavby v místech, kam mohou dopadat uvolněné kameny, balvany a skalní stěny. Sesuvy se projevují typickými morfologickými tvary, jako jsou nepravidelné morfologické vlny, ve kterých se někdy zdržuje voda (podmáčené zeminy), hluboké trhliny a zátrhy v zeminách, křivé stromy a takzvaný „opilý les“, kdy jsou kmeny stromů směrovány jinak než do středu Země. Dalšími indikátory jsou samotné lidské stavby, kdy na svahové deformace poukazují výrazně popraskané až potrhané zdi stojících budov, podélné trhliny na silničních komunikacích a deformace kolejového lože, kdy je nutné koleje často podbíjet novým štěrkem. Vyhnout se sesuvům je možné opět na základě paměti lidstva, kdy zejména v horských vesnicích staré domy (dřevěnice, sruby, salaše) nestojí na sesuvu, jinak by již dávno neexistovaly. Naopak volné svahy v blízkém okolí vesnice upozorňují na problémová místa, kde v minulosti pravděpodobně došlo k nějaké havárii a následky už dnes nejsou patrné.
Mapováním sesuvů a skalních deformací se zabývá Česká geologická služba. Tyto fenomény (aktivní, dočasně stabilizované sesuvy, paleosesuvy, skalní řícení) jsou zaznačeny do map geohazardů a jsou zdarma přístupné na internetovém portálu www.geology.cz. Informace ohledně lokálních sesuvných oblastí bývají přítomny také na příslušném stavebním úřadě, kdy úřad často stanovuje podmínky, za jakých je možné získat stavební povolení.
3) Poddolování
V našich končinách probíhalo dobývání drahých kovů, nerostů a rud hornickým způsobem od raného středověku. Dobývky byly vázány na převážně vulkanické horniny a dobýváno bylo ražbou horizontálních, vertikálních a úpadných štol. Ohledně starých dobývek nemáme často k dispozici žádné údaje a jejich přítomnost v lokálním a širším měřítku je známá z historických a zpravidla neúplných záznamů. V případě těžby uhlí a uranu je situace na jednu stranu jednodušší, neboť o těžbě a orientaci jednotlivých štol jsou záznamy, na druhou stranu moderními technologiemi byly vytěženy obrovské kubatury hornin. Mnohé doly byly opuštěny a zaplaveny vodou.
V průběhu desetiletí dochází ke korozi ocelových výztuh, vyhnívání výdřevy a čas od času dochází k zavalování a také vykomínování dobývek. Pokud se jedná o lokální havárie ve velkých hloubkách, na povrchu se neprojevují. Na druhou stranu dobývky v menší hloubce pod povrchem způsobují lokální deformace a vznik prohlubujících se poklesových kotlin. Výstavba na poddolovaném území má svá specifika, které doporučuje příslušný stavební případně báňský úřad. Jedná se zejména o projekci rigidních základových a nosných konstrukcí, které musejí odolávat změnám v podloží a významnému nerovnoměrnému sedání.
Ještě složitější je zakládání staveb na navážkách z hlušiny. Jedná se o mnohametrové někdy i desítky metrů mocné vrstvy chaoticky kumulovaných kamenů, balvanů s jemnozrnnou frakcí s velmi velkou pórovitostí, kde dochází k dlouhodobému a nekontrolovanému sesedání (konsolidaci). Povrchy hlušiny jsou typické náhlými morfologickými změnami, propadáním, zvlněním terénu a občasně vzniku kaveren a sesuvů. Zakládání staveb na navážkách velkých mocností, kde ještě probíhá významná konsolidace, je za použití standartních technologií téměř nemožné. Limitující je také krátkodobá životnost staveb, kde v případě staveb liniových (kanalizace, silnice, železnice) dochází ke vzniku snadno patrného zvlnění a potrhání. V případě obytných staveb dochází k praskání zdiva na kontaktu s otvory v nosných konstrukcích (okna, dveře), zkřížení dveří, popraskání kanalizace apod. Na zmíněných heterogenních navážkách se výstavba z pravidla nedoporučuje.
4) Projekce a inženýrskogeologický průzkum
Výběr pozemku pro stavbu je vhodné konzultovat s patřičným odborně způsobilým odborníkem v geologickém oboru (inženýrský geolog odborně způsobilý u MŽP ČR) a autorizovaným geotechnickým inženýrem při ČKAIT (Česká komora autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě). Geologové s odbornou způsobilostí jsou ze zákona o geologických pracích oprávněni provádět průzkumné práce (vrty, šachtice, penetrační sondy) za účelem ověření přírodních poměrů a na základě laboratorního a in situ testování zemin a hornin, doporučovat mechanické vlastnosti zemin a hornin pro výpočty a projekci. Geologové zpravidla nejsou vzděláni v technickém a projekčním směru a jejich činnost by měla být plánována a usměrňována konzultacemi a požadavky projektantů (geotechnických inženýrů).
Autorizovaný geotechnický inženýr je ze zákona oprávněn projektovat konstrukce, které jsou spojeny a nebo jsou v kontaktu se zeminami a horninami. Jedná se zejména o výpočty a projekci plošných a hlubinných základových konstrukcí, podzemních stěn a stavby tunelů, opěrných zdí, svahování a zajištění stavebních jam a sanace svahových nestabilit. Pro každého klienta je optimální spolupráce inženýrských geologů a geotechniků. Podle stanov ČKAIT nejsou např. statikové oprávněni projektovat základové konstrukce (viz www.ckait.cz).
5) Výběr geologického průzkumu
Výběr a rozsah geologického průzkumu je relativně složitá záležitost pro projektanty a investory, kde hlavním kritériem jsou finance. Správný návrh stavebně geologického průzkumu je jedním ze základních pilířů správně provedené projekce, následné realizace a dlouhodobé funkce stavby. Geologický, nebo stavebně geologický průzkum, projektování a realizace jsou na jedné straně misky rovnoramenných vah a na druhé je to zejména rozpočet. Jsou to dva parametry, které spolu neustále vedou boj. Uvědomělý geolog (osoba s oprávněním projektovat, realizovat a vyhodnocovat inženýrskogeologické průzkumy) se snaží klientovi za účelem optimalizované a efektivní projekce zajistit dostatečný průzkum, který plně pokryje náročnost geologického podloží a současně konstrukce pro daný stupeň projektové dokumentace.
Před zahájením průzkumu je nutné stanovení geotechnické kategorie a posléze teprve projektovat realizaci průzkumu. Základové konstrukce musí mít dostatečnou únosnost, aby bezpečně přenesly zatížení, kterým působí svrchní stavba na zeminu v podzakladí a na zeminu v blízkém okolí. Hloubka prováděných sond musí odpovídat charakteru a typu stavby; sondy musí být provedeny až do hloubky, kde se projevují deformace základové půdy způsobené přitížením při usazení stavby. V případě staticky náročných staveb musí inženýrský geolog uvažovat s variantou plošného i hlubinného založení a samozřejmě uvažovat s případným suterénem (nebo více podzemních pater) a od takového odvíjet návrh průzkumu. Napjatost způsobená přitížením (v základové spáře od plošného základu) směrem do hloubky vyznívá nelineárně, z uvedeného důvodu je nejdůležitější znalost mechanických vlastností základové půdy v blízkosti základové spáry. V případě I. geotechnické kategorie můžeme vycházet z menšího počtu sond a analýz a dle normy ČSN EN 1997-1 můžeme základové konstrukce navrhovat na základě zkušenosti. Pro II. a zejména pro III. geotechnickou kategorii je nutné provedení většího počtu zkušebních sond a z jádrových vrtů budou odebírány vzorky zejména pro provedení průkazných laboratorních analýz. Laboratorní analýzy (ČSN EN 1997-1), které poskytují diskrétní informace o zkoumané zemině je doporučováno kombinovat s polními zkouškami (např. statické penetrace). Mnoho geologů čerpá mechanické vlastnosti zemin na základě „zkušenosti“ ze zrušené normy pro projekci plošných základových konstrukcí ČSN 73 1001. Často se také stává, že je geologem geotechnická kategorie omylem, nebo záměrně podhodnocena a projekce geologického průzkumu (typicky pro I. a II. geotechnickou kategorii) vychází z klasifikace půdy a směrných normových charakteristik ze zrušené normy ČSN 73 1001. Obecně vzato se nic hrozného neděje, krom toho, že na základě konzervativních (myšleno výrazně podhodnocených) parametrů zemin se proinvestuje výrazně více stavebních materiálů než při projekci podle přesnějších mechanických vlastností získaných průkaznými zkouškami.
Pokud stavebník nebo investor požadují projektování podle platných norem, tehdy předpokládám, že využívání ČSN 73 1001 je porušením smlouvy a geologický průzkum, kde „geologický odborník“ doporučuje směrné normové charakteristiky ze zrušené normy, není odpovídající.
Investor by měl ve smlouvě na geologický průzkum požadovat pasáž, kdy je řečeno, že navržený geologický průzkum je dostatečné kvality a rozsahu pro dotyčnou etapu projektové dokumentace. V opačném případě, že veškeré dodělávky bude financovat zhotovitel průzkumu.
6) Ušetří seriózní průzkum investorovi peníze?
Peníze jsou ve stavebnictví také až na prvním místě a rozumně koncipovaný průzkum a navazující projekt rozhodně ušetří starosti i finance. Většina objednatelů a projektantů se pro účely navržení založení spokojí s jednoduchým geologickým průzkumem, neboť předpokládají, že se jedná pouze o ztracené peníze. Většina geologů také doporučuje mechanické vlastnosti zemin jako směrné normové charakteristiky ze zrušené normy ČSN 73 1001 (která byla určena výhradně pro plošné základy) z neznalosti, nebo z důvodu podloudné nabídky s nejnižší cenou (a někdy v případě finančně omezeného rozpočtu). V případě plošných i hlubinných základových konstrukcí se vyplatí projektovat podle průkazných laboratorních analýz, nebo lépe za základě interpretací statických penetrací, ušetří se na materiálu.
7) Požadavky pro projektování dimenzování základových konstrukcí
Pro dimenzování únosnosti plošných i hlubinných základových konstrukcí jsou nezbytné znalosti průběhu mechanicky odlišných vrstev a úrovně hladiny podzemní vody. Různá mocnost mechanicky poddajných (silně stlačitelných vrstev) zásadně přispívá ke vzniku nerovnoměrného sedání. Zejména přítomnost podzemní vody zásadně snižuje únosnost. Dále jsou nezbytné mechanické a fyzikální vlastnosti odpovídající použité metodice a modelu. Pro Mohr-Coulombův model se většinou jedná o smykové parametry efektivní cef [kPa], φef [°] a deformační vlastnosti Edef [MPa] a Poissonovo číslo ν a objemovou hmotnost v přirozeném uložení γ[kN.m-3]. Takové vlastnosti lze získat pouze laboratorní analýzou neporušených vzorků (Poissonovo číslo se získává např. výpočtem na základě smykové pevnosti). Pro dimenzování pilot jsou nutné vlastnosti stejné jako u založení plošného a nejvhodnějším získáním vlastností jsou realizace statických penetračních zkoušek (napodobující chování pilot v jednoosém zatížení), případně přímo statických zatěžovacích zkoušek pilot.
8) Komunikace s geologem
Realizovat geologické průzkumy mají pouze odborně způsobilí geologové u MŽP ČR a je velmi doporučeno, ať geolog (který zpravidla mechanice zemin a zakládání staveb nerozumí, nemá na to vzdělání ani autorizaci) spolupracuje s autorizovaných geotechnikem minimálně na vyhodnocení doporučených mechanických vlastností zemin a hornin.
V rozpočtu průzkumu by měla být uvedena přiřazena geotechnická kategorie a důvod, proč byla zvolena, dále technologie provádění a hloubka sond, počet a typ odebraných vzorků zemin, hornin a podzemní vody. Pro geotechnické výpočty je tedy nutné provádět jádrové vrty, kde je možné odebírat neporušené vzorky zemin pro laboratorní stanovení parametrů pro výpočet efektivní smykové pevnosti a stlačitelnosti. Patřičné parametry lze také získat interpretací křivek získaných statickými penetračními zkouškami in situ. Neodvodněná smyková pevnost se využívá pouze pro výpočet krátkodobé únosnosti nebo stability, dokud neskončí konsolidace a sedání.
Investor by se měl geologa dotázat, podle jakých analýz budou doporučeny mechanické vlastnosti zemin. Pokud se geolog vyhýbá odpovědi, pokouší se zpracovat průzkum na základě zrušených norem (ČSN 73 1001) a klienta ošidit. Dle vyjádření vedení ČKAIT by projekce měla probíhat na základě platných norem. Projektovat podle ČSN EN 1997-1 a mechanické vlastnosti stanovit podle požadavků a postupů ČSN EN 1997-2. Dále jak odhadl hloubku projektovaných sond, jakým způsobem odhadl počet sond. Například není nutné odebírat podzemní vodu a stanovovat agresivitu podle ČSN EN 206-1, pokud je jasné, že základové konstrukce (zejména plošné) nebudou v kontaktu s podzemní vodou.
9) Odkaz zrušené normy ČSN 73 1001 pro projekci plošných základů
Zrušená norma ČSN 73 1001 pro I. geotechnickou kategorii doporučovala použití tabulkových únosností základové půdy - Rdt [kPa], výpočty únosnosti základové půdy nebyly s ohledem na geologické podmínky a charakter konstrukce nutné (přitížení základové půdy od základů přenášející zatížení typického rodinného domu se pohybuje od 20 do 75 kPa a zpravidla bylo menší než tabulková únosnost základové spáry Rdt.
Pro II. geotechnickou kategorii bylo doporučeno využití směrných normových charakteristik z tabulek mechanických vlastností zemin a hornin v přílohách (ČSN 73 1001, odst. 26bb) a provádět výpočty podle I. a II. mezního stavu.
Pro III. geotechnickou kategorii normové charakteristiky neplatily a neplatí (ČSN 73 1001, odst. 24 b a 2a). Pro složité konstrukce a složité základové poměry ve III. geotechnické kategorii bylo nutné realizovat testování základové půdy in situ a využití průkazných laboratorních analýz mechanických vlastností. Výpočty podle mezních stavů jsou nutné.Zrušená norma ČSN 73 1001 nebyla určena pro projekci hlubinných základů, podzemních konstrukcí, opěrných stěn, stability svahu, kotev apod. Geologové, kteří nezvládají správné zatřídění do geotechnické kategorie a neprojektují dostatečný rozsah geologických prací pro dotyčnou etapu projektové dokumentace, si koledují o odebrání licence. Geologický průzkum je služba, která podléhá reklamacím a stížnostem na kvalitu a správnost u MŽP ČR a ČAIG.