Podzemní stavby představují významnou oblast stavebnictví, která se neustále rozvíjí a nachází nové aplikace. Jejich historie je bohatá a sahá hluboko do minulosti, přičemž s postupujícím průzkumem se jejich rozsah a význam stále zvyšuje.
Za více než třicet let systematické činnosti bylo objeveno a sanováno překvapivé množství zajímavých sklepních prostor, chodeb, štol a studní. Při těchto průzkumech bylo zdokumentováno na tisíce archeologických nálezů a učiněno mnoho důležitých historických poznatků. Některé z těchto objevů, doplněné o známé historické souvislosti, dispoziční schémata a archeologické nálezy, jsou prezentovány v rámci přednášek, které umožňují nahlédnout prostřednictvím fotografií a osobních zkušeností do míst jen obtížně přístupných, ale nanejvýš zajímavých, která nebyla doposud nikdy zveřejněna.
Série přednášek na téma brněnského podzemí je zaměřena na nejzajímavější historické lokality města a zároveň na mimořádné nálezy a objevy, které se v nich během průzkumů uskutečnily. Tyto přednášky se však zaměřují i na historické souvislosti, v nichž podzemní stavby vznikaly, a přibližují posluchačům propojenost nadzemí i podzemí v různých časových obdobích. Mezi takové lokality patří například Kostnice u sv. Jakuba, Zelný trh 1 a 2, Moravské náměstí 1 a 2, a Dominikánské náměstí 1 a 2.
Základy návrhu a konstrukce podzemních staveb
V rámci studia podzemních staveb získávají studenti znalosti o základních projekčních prvcích a základních metodách pro návrh a posouzení primární obezdívky podzemních staveb, jako jsou například tuhé a poddajné ostění. Studenti jsou seznamováni s geotechnickým průzkumem a vlivem geologie na trasování podzemní stavby.
Dále se seznámí s horninovými klasifikacemi pro podzemní stavby, úvodem do teorie horninových tlaků, tunelovými systémy a soustavami pro větší i menší profily podzemních staveb, trhacími pracemi a hloubením šachet.
Geotechnický průzkum a jeho význam
Geotechnický průzkum je nezbytnou součástí návrhu jakékoli stavby, a u podzemních staveb nabývá na ještě větším významu. Jeho cílem je získat spolehlivé informace o vlastnostech horninového prostředí, které jsou klíčové pro bezpečný a ekonomický návrh základových konstrukcí, řešení stability území, prognózu deformací základové půdy, zjišťování příčin poruch stavebních objektů a návrh jejich sanace. V České republice se na geotechnický průzkum běžného stavebního objektu vynakládá přibližně 0,6 % z objemu stavební investice, u náročnějších inženýrských děl, jako jsou dálnice, rychlé železnice, přehrady nebo podzemní stavby, může tato hodnota přesáhnout i 2 %.
Mechanika zemin a hornin
Mechanika zemin a mechanika hornin jsou teoretickými disciplínami, které tvoří základ pro praktické aplikace geotechnického inženýrství, včetně zakládání staveb, podzemního stavitelství a zemních konstrukcí. Tyto disciplíny se zabývají otázkami souvisejícími se stavem napjatosti, především z hlediska deformace, stability a případného porušení základové půdy s ohledem na přítomnost a pohyb vody a faktor času. Nedílnou součástí je zjišťování vlastností a chování zemin a hornin za různých podmínek napjatosti.
Zakládání staveb
Zakládání staveb se zabývá návrhem a stavbou základů. Jedná se o interdisciplinární nauku, která využívá poznatky z geologie, inženýrské geologie, mechaniky zemin, stavební mechaniky, stavebních hmot a dalších oborů. Přestože zakládání staveb je založeno na výpočtech a využívá metodiku mezních stavů, vyžaduje také intuici a inženýrský cit. Důraz je kladen na samostatné myšlení studenta a jeho schopnost identifikovat podstatné problémy. Technologie provádění základů staveb se bouřlivě vyvíjí a ovlivňuje cenu a efektivnost základů. Náklady na založení běžných stavebních objektů se pohybují mezi 15 až 20 % z celkových nákladů na výstavbu, u složitých inženýrských staveb mohou přesahovat 50 % a u speciálních staveb, jako jsou úložiště odpadů, mohou dosahovat až 90 %.
Moderní trendy v podzemním stavitelství
Podzemní stavby se ve světě rozvíjejí velmi dynamicky, a tato tendence se postupně projevuje i v České republice. Mimořádný vzestup zaznamenává podzemní stavitelství ve vysoce urbanizovaném prostředí, kde je spojeno s nezbytnou ochranou životního prostředí a požadavky na náročné trasování moderních liniových staveb, jako jsou metro, podzemní rychlodráhy, městské, silniční a dálniční tunely, podzemní parkoviště a tunely rychlé železnice.
Velmi frekventovanou problematikou se stává zřizování speciálních podzemních skladů a úložišť, například pro kapalné a plynné uhlovodíky, nebo chladírenské a mrazírenské prostory. Zejména ve městech je nutná zásadní obnova inženýrských sítí, jako jsou vodovodní štoly, kanalizační sběrače a sdružená vedení (kolektorizace). Do podzemí se stále častěji umisťují čistírny odpadních vod. V souvislosti s rozvojem oboru a využíváním litosféry se objevuje nutnost plánování v prostoru pod povrchem, známé jako podzemní urbanismus.
Transport EV týmem HZS OLK z podzemního parkoviště
Technologické inovace a výzkum
V oblasti podzemních staveb došlo v posledních dvaceti letech k naprosté technologické proměně. Výzkum se zaměřuje na nové metody návrhu a výstavby, které umožňují efektivnější a bezpečnější realizaci podzemních konstrukcí. Vědecké a výzkumné aktivity zahrnují například detailní studium mechanického chování geomateriálů pomocí fyzikálních modelů, které je v České republice prováděno na specializovaných pracovištích.
Pro výpočet základových konstrukcí se využívají moderní softwarové balíky, jako je GEO4, pro výpočet 2D úloh metodou konečných prvků pak programové balíky jako RIBTEC nebo ANSYS. Pro složitější úlohy se využívá numerická metoda konečných diferencí s programem FLAC. V oblasti mechaniky zemin a hornin je kladen důraz na experimentální zkoušky, včetně speciálně vyvinutých automatizovaných systémů pro smykové triaxiální zkoušky.
Specifické aplikace podzemních staveb
Jednou z oblastí, která se podrobně zkoumá, je návrh a posouzení železobetonových monolitických nosných konstrukcí podzemních garáží. Tyto práce zahrnují analýzu stropní desky, průvlaků, sloupů, stěn a základových pásů s ohledem na mezní stav únosnosti a mezní stav použitelnosti dle platných norem.
Další specifickou oblastí je analýza tepelně technických vlastností obvodových plášťů dřevodomků s cílem navrhnout inovovaná konstrukčně technologická řešení pro dosažení optimálních tepelně technických vlastností. V rámci tohoto výzkumu se zkoumá i aplikace recyklovaných materiálů v nízkoenergetických a pasivních domech s ohledem na trvale udržitelný rozvoj.
Významnou oblastí je také modelování energetické bilance budov s využitím moderních výpočtových postupů a analýza mikroklimatu nízkoenergetických staveb, včetně technického řešení vzduchotechniky, vytápění a jejich vzájemné interakce. Dlouhodobý vliv dodatečného zateplení objektu na jeho stavebně technické vlastnosti je dalším důležitým tématem, které zahrnuje i návrh doporučení pro stavební praxi.
| Typ stavby | Účel | Příklady |
|---|---|---|
| Podzemní garáže | Parkování | Podzemní garáže pod bytovými domy, obchodními centry |
| Tunely | Doprava, inženýrské sítě | Silniční a železniční tunely, metro, kolektory |
| Šachty a sklady | Skladování, úložiště, přístup k podzemí | Podzemní sklady uhlovodíků, chladírenské prostory, studny |
| Podzemní prostory | Historické využití, technické zázemí | Sklepy, historické chodby, technické místnosti |
Kromě toho se výzkum zaměřuje na nové stavebně technologická řešení rekonstrukcí, oprav a sanací panelových domů, optimalizaci návrhu dřevostaveb, požární bezpečnost dřevostaveb a řešení vad a poruch konstrukcí s cílem vytvořit jednotnou kategorizaci.
V neposlední řadě se zkoumá využití EMW záření pro likvidaci biotických škůdců, výzkum a vývoj reflexních tepelných izolací pro nízkoenergetické stavby a výzkum fyzikálních jevů ve vzduchotechnice s ohledem na vlhkostní parametry vnitřního mikroklima.