Fundamenty — rodzaje, technologie, rozwiązania, wady i zalety

Każdy budynek, niezależnie od swojej funkcji, musi mieć solidną bazę. Fundamenty, choć niewidoczne gołym okiem, są jednym z najważniejszych elementów konstrukcji. To na nich opiera się cały ciężar budowli. Ich rolą jest przenoszenie obciążenia na grunt. Odpowiednio zaprojektowany i obliczony przez konstruktora fundament pozwoli na wieloletnią bezawaryjną eksploatację budynku. Jakie rodzaje fundamentów wyróżniamy i kiedy stosuje się poszczególne typy posadowienia?

Fundamenty — czym są?

Fundamenty są najniżej położoną częścią budynku. Stykają się w sposób bezpośredni z gruntem. Ich zadaniem jest przejęcie obciążeń statycznych i dynamicznych, jakie generują pozostałe, wyżej usytuowane elementy konstrukcyjne. W rzeczywistości oznacza to, że fundament gwarantuje stabilność konstrukcji, a prawidłowo wykonany zapewnia, że osiadanie budynku nie wywoła przykrych w skutkach pęknięć ścian czy stropów.

Czy przed projektowaniem fundamentów warto wykonać badanie gruntu?

Zaprojektowanie i wykonanie fundamentu to spore przedsięwzięcie. Jak pokazuje doświadczenie, nie każdy grunt nadaje się pod standardowy fundament. Jeżeli inwestor nie jest pewien, z jakim gruntem ma do czynienia, powinien zlecić wykonanie badań geotechnicznymi. Obecnie uzyskanie profesjonalnej opinii geotechnicznej jest wymagane do otrzymania pozwolenia na budowę.

Opinia geotechniczna powinna odpowiadać na pytania, które dotyczą:

• poziomu wód gruntowych,
• szybkości i kierunku spływania wód opadowych (bądź ich gromadzenia, jeśli nie spływają w żadnym kierunku),
• parametrów nośnych podłoża,
• głębokości przemarzania – na to pytanie może dać odpowiedź badanie, jednak w tym celu powszechnie wykorzystuje się mapę stref przemarzania, podaną w Polskiej Normie PN-81/B-03020.

Dysponując odpowiedziami na wszystkie powyższe zagadnienia, można podejmować świadome decyzje dotyczące rodzaju fundamentów, ich posadowienia oraz sposobu wykonania.

Rodzaje fundamentów ze względu na typ posadowienia

Fundamenty pod budynek dzielimy na pośrednie i bezpośrednie. 

Fundamenty pośrednie przenoszą obciążenia z budynku na głębokie warstwy gruntu. Stosuje się je zwykle w sytuacji, kiedy wierzchnie warstwy gruntu nie są w stanie przenieść obciążeń budowli, ponieważ są nie stabilne oraz mają niewystarczającą nośność. Fundamenty głębokie występują często na gruntach, które zostały nawiedzone przez powódź, a przez to poważnie osłabione. Budowanie domu na bardzo dużej skarpie także wymaga solidniejszych fundamentów.

Fundamenty bezpośrednie są dość płytkie, najczęściej stosowane w przypadku nośnego podłoża i niezbyt dużych obciążeń budowli. Przekazują obciążenia bezpośrednio na grunt. Zazwyczaj występują w formie ławy, stopy fundamentowej lub płyty. Ich głębokość nie przekracza 4 m. Nie ma konieczności stosowania dodatkowych umocnień, ani obniżania naturalnego poziomu wody gruntowej. 

Fundamenty pośrednie i ich rodzaje

Po fundamenty pośrednie sięga się tam, gdzie zalegający bezpośrednio pod budynkiem grunt nie ma wystarczającej nośności. Dzielimy je na trzy podstawowe rodzaje:

1. fundamenty podparte — konstrukcje te charakteryzują się znaczną głębokością posadowiena. Ich zadaniem jest zetknięcie się bezpośrednio z gruntem nośnym, na które muszą zostać przekazane obciążenia budynku. Konstrukcje stosowane w przypadku fundamentów podpartych pośrednich (Rys.1.) to :
   1. pale — należą do najpopularniejszych opcji, przekazują obciążenia przy użyciu stopy pala;
   2. studnie — konstrukcje te mają charakterystyczny kształt prostopadłościanu, rzadziej cylindra. Zakończone są tzw. nożem. Forma bryły pozwala na stopniowe wypieranie gruntu przy jednoczesnym zagłębianiu się samej studni. Jeśli konstrukcja uzyska projektowany poziom, na jej spodzie wytwarza się żelbetowy korek. Staje się automatycznie płytą denną. Studnia nie pozostaje wewnątrz pusta — jej środek wypełnia się gruzem, kruszywem lub mieszanką betonową. Zwieńczeniem studni jest płyta górna; 
   3. kesony — ten typ fundamentów jest podobny do studni. Wykonuje się je ze stali lub ze zbrojonego betonu. Konstrukcja jest na tyle ciężka, że powoduje to zruszenie gruntu i stopniowe zsypywanie się do wnętrza, przez co keson powoli dąży do wymaganej głębokości. Kiedy elementy te znajdą się na odpowiednim poziomie, wnętrza ich są betonowane. Na nich z kolei wykonuje się standardowy fundament pod kolejne etapy;
   4. ściany szczelinowe — tego rodzaju konstrukcja tworzona jest z żelbetu lub betonu. Szczelinę w gruncie drąży się za pomocą specjalnego czerpaka. W trakcie drążenia szczelinę wypełnia się zawiesiną bentonitową, która odpowiada za stateczność skarpy. Jest to na tyle trudne do wykonania, iż konstrukcje tworzy się odcinkowo. Pojedyncza sekcja to ok. 5-7 m. Im większa długość, tym rośnie ryzyko, że w międzyczasie dojdzie do deformacji betonu lub zarwania gruntu.
2. fundamenty zawieszone — konstrukcje tego typu wykonuje się zwykle na palach, a głównym aspektem różniącym je od fundamentów podpartych jest sposób przekazywania obciążenia. Fundamenty zawieszone przenoszą siły, bazując na tarciu pobocznicy pala.
3. fundamenty normalne — w tym przypadku łączone są cechy konstrukcji zawieszonych i podpartych. Obciążenie przenoszone jest przy użyciu pobocznicy, ale tez podstawy. Normalne konstrukcje fundamentowe przyjmują zwykle formę pali.
   
   

Rys. 1. Rodzaje fundamentów

Fundamenty bezpośrednie — rodzaje i rozwiązania

Do najczęściej stosowanych fundamentów bezpośrednich należą:

1. ławy fundamentowe — to betonowe lub żelbetowe poszerzenia ścian nośnych. Ich zastosowanie sprawia, że obciążenia rozkładają się równomiernie na nieco większej powierzchni. Wzdłużne zbrojenie jest gwarancją stabilizacji, jeśli budynek będzie powstawał na gruncie niejednorodnym;
2. stopy fundamentowe — stosowane są pod pojedyncze filary, słupy czy kominy. Kształtem przypominają prostokąt lub kwadrat. Zazwyczaj wykonywane w technologii betonowej lub żelbetowej;
3. płyty fundamentowe — w przeciwieństwie do ław, stosowane są pod całym budynkiem, a nie tylko pod ścianami nośnymi i słupami. Popularne, jeśli poziom posadowienia jest poniżej lustra wody gruntowej lub jeśli konstrukcja osiada nierównomiernie. Jest to proste rozwiązanie, ponieważ wykonuje się je na gruncie, bez prac wykopowych;
4. skrzynie fundamentowe — konstrukcja przypomina swoim wyglądem skrzynię monolityczną ze ścian podłużnych i poprzecznych wykonanych z żelbetu. Zarówno u dołu, jak i na górze całość zwieńczona jest płytami żelbetowymi. Ogromna sztywność pozwala stosować te fundamenty nw terenach szkód górniczych;
5. ruszty fundamentowe — dobre rozwiązanie na grunty słabonośne, znacznie zwiększają sztywność konstrukcji, dobre pod słupy i filary, zamiast tradycyjnych stóp fundamentowych. 

Płyta fundamentowa — charakterystyka, wady i zalety

Bardzo wielu inwestorów decyduje się obecnie na płytę fundamentową, jeśli pozwalają na to warunki gruntowe. Wylewana jest na placu budowy, a jej grubość zwykle nie przekracza 30 cm. Bezpośrednio pod płytą znajduje się warstwa podkładowa z chudego betonu i niekiedy także izolacja termiczna. Płytę można śmiało wybrać do budynków z podpiwniczeniem, jak i bez niego. Do największych zalet tej konstrukcji zaliczamy stabilność oraz równomierne rozłożenie ciężaru budynku na gruncie. Stanie się tak tylko wtedy, gdy zostanie odpowiednio zazbrojona. 

Jeśli płyta to również Twój wybór, jako inwestora, koniecznie zwróć uwagę na takie aspekty, jak:

• krótszy czas wykonania, niż w przypadku ław,
• termoizolacja na płycie, ale też pod nią (w tym przypadku warto wykorzystać materiał odporny na obciążenia, np. pianę PUR),
• hydroizolacja pomiędzy warstwą podkładową a płytą, ale też pomiędzy płytą i ścianami,
• możliwość zatopienia rur grzewczych lub kanałów powietrznych w płycie.

Rys. 2. Płyta fundamentowa

Kiedy stosuje się ławy fundamentowe?

W budownictwie jednorodzinnym od lat stosuje się ławy fundamentowe. Rozwiązanie to jest skuteczne, a jednocześnie niedrogie i stosunkowo łatwe w wykonaniu, jeśli projektant i konstruktor sporządzą odpowiednie plany. W zależności od warunków stosuje się zarówno ławy betonowe, jak i żelbetowe. Jaka jest między nimi różnica?

Ława betonowa jest niewiele szersza od ściany, która się na niej opiera. Wykonana jest z betonu i czterech prętów wzdłużnych połączonych poprzecznie strzemionami. Ławę żelbetową zazwyczaj stosuje się w trudniejszych warunkach bądź w przypadku kilkupiętrowych budynków. Ława ta jest dużo szersza od opierającej się na niej ściany. Taki układ powoduje, że odsadzenia ławy po obydwu stronach ściany są zginane przez parcie gruntu od spodu. Z tego powodu ława żelbetowa wymaga solidnego zbrojenia poprzecznego.

O tym, czy w danym miejscu powinny być zastosowane ławy, decyduje specjalista na bazie badań geologicznych. Jeśli będzie to ława, inwestor nie może zapomnieć o wykonaniu izolacji przeciwwilgociowej, jak i termoizolacji. Bardzo częstym wyborem jest papa, jednak na rynku pojawiają się też inne produkty np. w smarze. W celu ochrony fundamentu i ściany fundamentowej przed niską temperaturą oraz zamarzaniem wody w wyniku podciągania kapilarnego stosuje się polistyren ekstrudowany w płytach bądź pianę PUR. Izolacje powinny zostać wykonane niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z budynkami podpiwniczonymi, czy też nie.

Rys. 4. Ława fundamentowa

Czym są fundamenty schodkowe i dlaczego się je stosuje?

Ciekawym zagadnieniem są fundamenty schodkowe. Jest to wyjątkowa sytuacja, kiedy budynek, ze względu na swoją charakterystyczną budowę lub spadek terenu, musi mieć fundamenty na dwóch czy trzech różnych poziomach. Ława schodkowa gwarantuje tym samym równomierne osiadanie budynku.

Zazwyczaj ławy schodkowe stosuje się w przypadku budynków tylko częściowo podpiwniczonych. Jeśli piwnica ma być zlokalizowana jedynie pod połową budynku, połowa  niepodpiwniczona usadowiona zostanie na mniejszej głębokości, niż podpiwniczona. Ława schodkowa połączy fundamenty ze sobą, przy zachowaniu odpowiedniego kąta. 

Ławy schodkowe są popularne na terenach wyżynnych, ale nie górskich i nie bardzo trudnych. Jeśli dom ma być wybudowany na skarpie, ława schodkowa sprawdzi się idealnie. Podczas konstruowania takiego fundamentu należy pamiętać, że niezależnie od uskoków, wysokość ławy w każdym miejscu musi być identyczna, aby odpowiednio przenosiła obciążenia na grunt.

Schodki w ławach fundamentowych są też trudniejsze do wykonania ze względu na zbrojenie. Bardzo ciężko jest wyginać kilku- czy kilkunastometrowe pręty. Jak zachować ciągłość? Wystarczy łączyć strzemiona z różnych poziomów pionowymi prętami lub prętami wygiętymi w literę L.

Jaki fundament wybrać pod dom jednorodzinny?

Ostateczna decyzja dotycząca wyboru konkretnego fundamentu pod dom zawsze będzie trudna. Dlaczego? Własny dom jest często jedną z największych inwestycji w życiu przeciętnego człowieka. Odpowiednie wykonanie będzie skutkowało lepszą pracą budynku w przyszłości i mniejszymi problemami. Wiele zależy jednak od pobocznych czynników. Pod uwagę należy wziąć teren, grunt i wyniki badań geologicznych, zalecenia inżynierów, którzy się na tym znają, fundusze, koszt materiałów, a także trzeba rozważyć kwestię, czy dom budowany będzie systemem zleconym, czy jednak systemem gospodarczym.

Z roku na rok przybywa zwolenników płyty fundamentowej, która jest nieco droższa, ale z drugiej strony oferuje wiele możliwości. Rośnie też liczba fachowców, którzy znają się na poprawnym wykonaniu płyty. Nie da się jednak ukryć, że płyta to znacznie większe zapotrzebowanie na beton, niż w przypadku ław. Poza tym w trudnych warunkach terenowych płyta może się nie sprawdzić. 

Inaczej sytuacja wygląda w kwestii ław. Ławy świetnie spisują się na terenach wyżynnych, gdzie często trzeba dokopać się nieco głębiej, a przy okazji postawić na fundament schodkowy. Ławy to też mniejsza ilość betonu wlanego w ziemię. Muszą być jednak dobrze zaprojektowane, zazbrojone i wykonane, aby nie było później problemu z wykonaniem dalszych etapów budowy. 

Jeśli nadal nie jesteś pewien swojej decyzji, możesz posłużyć się prostym rozwiązaniem:

• ława fundamentowa — jeśli warunki gruntowe są dobre, a fundusze ograniczone,
• płyta fundamentowa — jeśli warunki gruntowe są niekorzystne lub średnie, a fundusze nieco większe, niż w przypadku ław.

Dobra decyzja na etapie fundamentów będzie owocować w przyszłości, także podczas mieszkania!