Tegen vorst beschermde ondiepe fundering
Wat zijn tegen vorst beschermde ondiepe funderingen en waarom worden ze gebruikt?
De meeste bouwvoorschriften in koude klimaten vereisen dat funderingsvoeten onder de vorstgrens worden geplaatst, die ongeveer 4 voet diep kan zijn in het noorden van de Verenigde Staten. Het doel is om de fundering te beschermen tegen vorst.
Er is een uitzondering op deze norm: veel codes staan toe dat funderingen boven de vorstgrens liggen zolang ze 'beschermd zijn tegen vorst'. De goedkeuring is echter afhankelijk van lokale code-ambtenaren en vereist mogelijk speciale engineering. De 1995-editie van de Council of American Building Officials (CABO) Code voor een- en tweegezinswoningen bevat vereenvoudigde richtlijnen voor het bouwen van huizen met een vlakke ondergrond met een ondiepe fundering die tegen vorst worden beschermd door hardschuimisolatie.
Een tegen vorst beschermde ondiepe fundering (FPSF) is een praktisch alternatief voor diepere, duurdere funderingen in koude streken met seizoensgebonden grondbevriezing en kans op vorst.
Vind aannemers van platen en funderingen bij mij in de buurt
Figuur 1 toont een FPSF en een conventionele stichting. Een FPSF bevat strategisch geplaatste isolatie om de vorstdiepte rond een gebouw te verhogen, waardoor funderingsdiepten zo ondiep als 16 inch mogelijk zijn, zelfs in de meest barre klimaten. Het meest uitgebreide gebruik is geweest in de Scandinavische landen, waar de afgelopen 40 jaar met succes meer dan een miljoen FPSF-woningen zijn gebouwd. De FPSF wordt beschouwd als een standaardpraktijk voor woongebouwen in Scandinavië.
Hoe FPSF werkt
De tegen vorst beschermde ondiepe funderingstechnologie herkent de thermische interactie van funderingen van gebouwen met de grond. Warmtetoevoer naar de grond vanuit gebouwen verhoogt effectief de vorstdiepte aan de omtrek van de fundering. Dit effect en andere omstandigheden die het binnendringen van vorst in de grond regelen, worden geïllustreerd in figuur 2.
Het is belangrijk op te merken dat de vrieslijn bij een fundering stijgt als het gebouw wordt verwarmd. Dit effect wordt versterkt wanneer de isolatie strategisch rond de fundering wordt geplaatst. De FPSF werkt ook aan een onverwarmd gebouw door onder het gebouw aardwarmte te besparen. Op deze manier kunnen onverwarmde delen van woningen, zoals garages, worden gebouwd.
Figuur 3 illustreert het warmtewisselingsproces in een FPSF, wat resulteert in een hogere vorstdiepte rondom het gebouw. De isolatie rond de omtrek van de fundering behoudt en leidt warmteverlies door de plaat naar de grond onder de fundering. Geothermische warmte uit de onderliggende grond helpt ook om de vorstdiepte rond het gebouw te verhogen.
FPSF's zijn het meest geschikt voor woningen op maat op sites met matige tot lage hellingen. De methode kan echter effectief worden gebruikt bij uitloopkelders door de fundering aan de bergafwaartse zijde van het huis te isoleren, waardoor de noodzaak van een getrapte voet overbodig wordt. FPSF's zijn ook nuttig voor het verbouwen van projecten, gedeeltelijk omdat ze de verstoring van de site minimaliseren. Naast residentiële, commerciële en agrarische gebouwen, is de technologie toegepast op snelwegen, dammen, ondergrondse nutsvoorzieningen, spoorwegen en aarden wallen.
Meer algemene vragen en antwoorden
Vraag nr. 1: Hoe voorkomt isolatie het ontstaan van vorstschade '?
beste betonnen sealer voor keldervloeren
Vorstophoping kan alleen optreden als aan alle volgende drie voorwaarden is voldaan: 1) de grond is vorstgevoelig (grote slibfractie), 2) er is voldoende vocht beschikbaar (grond is meer dan ongeveer 80 procent verzadigd) en 3) ondervriezen temperaturen dringen de bodem binnen. Door een van deze factoren te verwijderen, wordt de mogelijkheid van vorstschade teniet gedaan. Isolatie zoals vereist in deze ontwerphandleiding voorkomt bevriezing van de onderliggende grond (een centimeter polystyreenisolatie, R4.5, heeft een equivalente R-waarde van gemiddeld ongeveer 1,20 meter aarde). Het gebruik van isolatie is om verschillende redenen bijzonder effectief op de fundering van een gebouw. Ten eerste wordt warmteverlies tot een minimum beperkt terwijl warmte wordt opgeslagen en naar de funderingsbodem wordt geleid - niet naar buiten door het verticale vlak van de funderingsmuur. Ten tweede zal horizontale isolatie die naar buiten uitsteekt, vocht van de fundering afvoeren, waardoor het risico op vorstschade verder wordt geminimaliseerd. Ten slotte zal door de isolatie de vorstlijn stijgen naarmate deze de fundering nadert. Doordat de deiningkrachten loodrecht op de vrieslijn werken, zullen de heffingskrachten, indien aanwezig, in horizontale richting werken en niet naar boven.
hoeveel kost het om een oprit te cementeren
Vraag nr. 2: heeft het bodemtype of de bodembedekking (bijv. Sneeuw) invloed op de benodigde hoeveelheid isolatie?
Door hun ontwerp zijn de voorgestelde isolatie-eisen gebaseerd op de slechtste grondconditie van geen sneeuw of organische bedekking op de bodem. Evenzo voorkomt de aanbevolen isolatie effectief bevriezing van alle vorstgevoelige bodems. Vanwege de warmte die wordt geabsorbeerd (latente warmte) tijdens het bevriezen van water (faseverandering), zullen grotere hoeveelheden grondwater de neiging hebben om de vorstpenetratie of temperatuurverandering van de grondwatermassa te matigen. Omdat bodemwater de warmtecapaciteit van de bodem verhoogt, verhoogt het de weerstand tegen bevriezing verder door de 'thermische massa' van de bodem te vergroten en een significant latent warmte-effect toe te voegen. Daarom zijn de voorgestelde isolatie-eisen gebaseerd op een in het slechtste geval slibachtige bodemgesteldheid met voldoende vocht om vorstinvloed mogelijk te maken, maar niet zozeer dat de grond zelf drastisch weerstand biedt aan het binnendringen van de vorstlijn. In feite zal een grofkorrelige grond (niet vatbaar voor vorst) die vochtarm is sneller en dieper bevriezen, maar zonder kans op vorstschade. De voorgestelde isolatieaanbevelingen verminderen dus effectief de vorstschommeling voor alle grondsoorten onder wisselende vocht- en oppervlaktecondities.
Vraag nr. 3: Hoe lang zal de isolatie de fundering beschermen?
Deze vraag is erg belangrijk bij het beschermen van huizen of andere constructies met een lange levensverwachting. Het vermogen van isolatie om onder de grond te werken, is afhankelijk van het producttype, de kwaliteit en de vochtbestendigheid. In Europa wordt polystyreenisolatie al bijna 40 jaar gebruikt om funderingen te beschermen zonder enige ervaring met vorst. Dus, met de juiste aanpassing van de R-waarden voor ondergrondse bedrijfsomstandigheden, kunnen zowel geëxtrudeerd polystyreen (XPS) als geëxpandeerd polystyreen (EPS) worden gebruikt met gegarandeerde prestaties. In de Verenigde Staten is XPS onderzocht voor snelweg- en pijpleidingprojecten in Alaska, en er is vastgesteld dat na 20 jaar dienst en minstens 5 jaar onderdompeling in water, de XPS zijn R-waarde heeft behouden (ref. McFadden en Bennett , Constructie in koude gebieden: een gids voor planners, ingenieurs, aannemers en managers, J. Wiley & Sons, Inc., 1991. pp328-329). Om redenen van kwaliteitsborging kunnen zowel XPS als EPS gemakkelijk worden geïdentificeerd door middel van labels die overeenkomen met de huidige ASTM-normen.
Vraag nr. 4: Wat gebeurt er als het verwarmingssysteem in de winter een tijdje uitvalt?
Bij alle constructies draagt warmteverlies via de vloer van een gebouw bij aan de opslag van aardwarmte onder het gebouw, die in de winter vrijkomt aan de omtrek van de fundering. Het gebruik van geïsoleerde funderingen regelt effectief het opgeslagen warmteverlies en vertraagt de penetratie van de vorstlijn tijdens een periode van uitval of achteruitgang van het verwarmingssysteem. Conventionele funderingen, met doorgaans minder isolatie, bieden dit beschermingsniveau niet en de vorst kan sneller doordringen door de funderingsmuur en naar binnenruimtes onder de vloerplaat. Bij ad-freezing (de bevroren verbinding tussen het water in de grond en de funderingsmuur) hoeft vorst niet onder de fundering door te dringen om gevaarlijk te zijn voor een lichte constructie. In die zin zijn vorstbeschermde funderingen effectiever om vorstschade te voorkomen. De voorgestelde isolatie-eisen zijn gebaseerd op zeer nauwkeurige klimaatinformatie die is geverifieerd door tot 86 jaar wintervriesrecords voor meer dan 3.000 weerstations in de Verenigde Staten. De isolatie is zodanig gedimensioneerd dat de funderingsbodem bevriest voor een 100-jarige terugkeerperiode bevriezing in de winter met een bijzonder strenge toestand zonder sneeuw of bodembedekking. Zelfs dan is het hoogst onwaarschijnlijk dat er tijdens een dergelijke gebeurtenis geen sneeuwbedekking, voldoende hoge bodemvochtigheid en langdurig verlies van bouwwarmte zal zijn.
Vraag nr. 5: Waarom zijn er grotere hoeveelheden isolatie nodig op de hoeken van de fundering?
Warmteverlies treedt naar buiten toe vanaf de funderingsmuren en wordt daarom versterkt bij de nabijheid van een buitenhoek vanwege het gecombineerde warmteverlies van twee aangrenzende muuroppervlakken. Om funderingshoeken tegen vorstschade te beschermen, is daarom in de hoekgebieden meer isolatie nodig. Zo biedt een geïsoleerd ontwerp van de voet extra bescherming in hoeken waar het risico op vorstschade groter is.
Vraag nr. 6: Welke ervaring heeft de VS met deze technologie opgedaan?
Vorstbeschermde geïsoleerde funderingen werden al in de jaren dertig gebruikt door Frank Lloyd Wright in de omgeving van Chicago. Maar sinds die tijd hebben de Europeanen het voortouw genomen bij de toepassing van dit concept in de afgelopen 40 jaar. Er zijn nu meer dan 1 miljoen huizen in Noorwegen, Zweden en Finland met geïsoleerde ondiepe funderingen die in de bouwvoorschriften als standaardpraktijk worden erkend. In de Verenigde Staten is isolatie gebruikt om vorstschade te voorkomen bij veel speciale technische projecten (d.w.z. snelwegen, dammen, pijpleidingen en aangelegde gebouwen). Het gebruik ervan op huisstichtingen is in Alaska geaccepteerd door lokale codes, en het is verspreid gebruikt in ongecodeerde gebieden van andere staten. Het is waarschijnlijk dat er in de Verenigde Staten (inclusief Alaska) enkele duizenden huizen zijn met variaties in tegen vorst beschermde geïsoleerde funderingen.
Om de technologie in de Verenigde Staten te verifiëren, werden vijf testwoningen gebouwd in Vermont, Iowa, North Dakota en Alaska. De woningen zijn voorzien van geautomatiseerde data-acquisitiesystemen om de grond-, funderings-, plaat-, binnen- en buitentemperaturen op verschillende locaties rond de fundering te bewaken. De waargenomen prestatie was in overeenstemming met de Europese ervaring in die zin dat de geïsoleerde funderingen verhinderden dat de funderingsbodem zelfs onder strenge klimatologische en bodemomstandigheden bevroor en deining deed (ref. US Department of Housing and Urban Development, 'Frost Protected Shallow Foundations for Residential Construction') , Washington, DC, 1993).
Vraag nr. 7: Hoe energiezuinig en comfortabel zijn plaatfunderingen met een vorstbeschermde fundering?
De isolatievereisten voor tegen vorst beschermde funderingen zijn minimumvereisten om vorstschade te voorkomen. De vereisten zorgen voor een bevredigend niveau van energie-efficiëntie, comfort en bescherming tegen vochtcondensatie. Aangezien deze vereisten minima zijn, kan extra isolatie worden aangebracht om te voldoen aan speciale comfortdoelstellingen of strengere energiecodes.
FPSF Bouwkwesties
Deze kwesties zijn van toepassing op de opbouw van een FPSF:
Koude bruggen . Koudebruggen ontstaan wanneer bouwmaterialen met een hoge thermische geleidbaarheid, zoals beton, direct worden blootgesteld aan buitentemperaturen. Funderingsisolatie moet zo worden geplaatst dat de continuïteit met de isolatie van de huisschil behouden blijft. Koudebruggen kunnen de kans op bevriezing vergroten of op zijn minst plaatselijke lagere temperaturen of condensatie op het plaatoppervlak veroorzaken. Tijdens de bouw moet er voor worden gezorgd dat de isolatie correct wordt geïnstalleerd.
Afvoer . Een goede afwatering is belangrijk bij elke fundering en FPSF is geen uitzondering. Isolatie presteert beter in drogere bodemomstandigheden. Zorg ervoor dat de grondisolatie voldoende wordt beschermd tegen overmatig vocht door middel van een goede afvoer, zoals het afhellen van de helling van het gebouw.
Isolatie dient altijd boven het grondwaterpeil te worden aangebracht . Een laag grind, zand of soortgelijk materiaal wordt aanbevolen voor een betere afwatering en om een glad oppervlak te bieden voor plaatsing van eventuele horizontale vleugelisolatie. Een afvoerlaag van minimaal 15 cm is vereist voor onverwarmde FPSF-ontwerpen. Afgezien van de 12-inch minimale funderingsdiepte die vereist is door bouwvoorschriften, kan de extra funderingsdiepte die vereist is voor een FPSF-ontwerp bestaan uit verdicht, niet-vorstgevoelig vulmateriaal zoals grind, zand of steenslag.
hoe diep moeten betonnen funderingen zijn
Oppervlaktetemperaturen van de plaat (vocht, comfort en energie-efficiëntie). De in deze ontwerpprocedure voorgeschreven minimale isolatieniveaus beschermen de funderingsbodem tegen vorst. Ze bieden ook bevredigende oppervlaktetemperaturen van platen om vochtcondensatie te voorkomen en voldoen aan een minimum aan thermisch comfort. Aangezien de ontwerpprocedure minimale isolatie-eisen stelt, kan de isolatie van de fundering worden verhoogd om te voldoen aan speciale behoeften met betrekking tot deze kwesties en energie-efficiëntie. Het succesvol beperken van koudebruggen is van cruciaal belang - het gebruik van de stamwand- en plaattechniek voegt in feite een tweede thermische onderbreking toe tussen de plaat en de stamwand. Door de dikte van de verticale wandisolatie te vergroten tot boven de minimumvereisten voor vorstbescherming, wordt ook de energie-efficiëntie en het thermisch comfort verbeterd. Selectie van een afwerkvloermateriaal zoals vloerbedekking vermindert het oppervlaktecontact tussen de bewoner en de plaat, waardoor een warmer gevoel ontstaat.
Verwarmde platen en energie-efficiëntie . De FPSF-ontwerpprocedure kan worden toegepast op alle plaat-op-graad-technieken, inclusief die met in-plaatwarmte die een uitstekend thermisch comfort bieden. Als een verwarmingssysteem in de vloer wordt gebruikt, wordt extra isolatie onder de plaat en rond de omtrek aanbevolen voor een betere energie-efficiëntie.
Bescherming van de isolatie . Omdat de verticale muurisolatie rond een fundering zich boven de grond uitstrekt en onderhevig is aan ultraviolette straling en fysiek misbruik, moet dat gedeelte worden beschermd met een coating of bekleding die zowel sterk als duurzaam is. Enkele methoden om te overwegen zijn een stucco-afwerkingssysteem of soortgelijke brush-on coatings, voorgelakte isolatieproducten, gootstukken en onder druk behandeld multiplex. De bouwer moet altijd controleren of dergelijke materialen compatibel zijn met de isolatieplaat. De beschermende afwerking moet worden aangebracht vóór het opvullen, omdat deze minstens tien centimeter onder het maaiveld moet reiken. Ook wordt polystyreenisolatie gemakkelijk afgebroken door koolwaterstofoplosmiddelen zoals benzine, benzeen, dieselbrandstof en teer. Voorkom beschadiging van de isolatie tijdens hantering, opslag en opvulling. Ook wanneer termieten een probleem zijn, wordt standaard preventieve praktijk aanbevolen, zoals grondbehandeling, termietenschilden, enz.
Isolatiespecificaties . Omdat sommige isolatiematerialen minder goed bestand zijn tegen wateropname dan andere, waardoor hun thermische weerstand (R-waarden) verslechtert, moet isolatiemateriaal zorgvuldig worden gespecificeerd. De volgende effectieve R-waarden moeten worden gebruikt om de isolatiediktes te bepalen die nodig zijn voor deze toepassing: Type II geëxpandeerd polystyreen - 2,4 R per inch Typen IV, V, VI, VII geëxtrudeerd polystyreen - 4,5 R per inch Type IX geëxpandeerd polystyreen - 3,2 R per inch. Speciale toepassingen, zoals het dragen van structurele belastingen van funderingen, kunnen polystyrenen met een hogere dichtheid vereisen voor de vereiste druksterkte. Voor productspecifieke informatie wordt de bouwer verwezen naar fabrikanten.
Deuropeningen en drempels . Bij deuropeningen waar de drempel over de verticale muurisolatie hangt, moet de isolatie worden uitgesneden zoals vereist om een stevige blokkering te bieden voor een adequate ondersteuning en bevestiging van de drempel. De grootte van de uitsparingen moet worden geminimaliseerd.
Landschapsarchitectuur en vleugelisolatie. In situaties waar brede horizontale vleugelisolatie vereist is (bijv. Meer dan 3 tot 4 voet breed), kan dit de locatie van grote aanplant dicht bij het huis afschrikken. In sommige van deze gevallen zal het gebruik van dikkere vleugelisolatie of het vergroten van de funderingsdiepte de vereiste breedte van de vleugelisolatie verkleinen.
Stichting hoogte . Aangezien de meeste isolatieplaten van polystyreen doorgaans verkrijgbaar zijn in de breedtes 24 inch en 48 inch, wordt 24 inch een praktische hoogte voor veel funderingen. Dit geeft 16 inch van de fundering onder de grond en 8 inch boven de grond.
Uitgraving . Over het algemeen is lichtgewicht materieel voldoende voor FPSF's omdat er weinig graafwerkzaamheden nodig zijn. Zoals bij elke fundering, moeten organische grondlagen (bovenste grond) worden verwijderd om de fundering op stevige grond of verdichte vullingen te laten rusten.
Bouwplanning. De fundering moet worden voltooid en het gebouw moet worden ingesloten en verwarmd voordat het vriest, vergelijkbaar met conventionele bouwpraktijken.
