Příklady použití geosyntetik na inženýrských stavbách

Předmětem tohoto článku jsou některé příklady a řešení geotechnických konstrukcí s použitím geosyntetik. V posledních letech se geosyntetické výrobky čím dál více prosazují i při řešení složitých geotechnických konstrukcí, armovaných násypů, zakládání na neúnosném podloží, konstrukcí zamezujících působení zemního tlaku na stavební konstrukce a podobně. Existuje mnoho standardních, tzv. klasických řešení, jako jsou úhlové železobetonové stěny či výměna podloží lomovým kamenem až na únosné podloží. Tato řešení bohužel často přinášejí zvýšené materiálové náklady či delší termíny provádění.

V posledních letech se ale hlavně díky větším zkušenostem a poznatkům konstrukcí s použitím geosyntetik výrazně zpřesnily i návrhové postupy takovýchto konstrukcí. Také větší tlak na hledání alternativ, řešení, která jsou rychlejší na provádění nebo méně náročná na vstupní materiály, samozřejmě při zachování všech záruk, vede k čím dál většímu rozmachu používání geosyntetik.

Tento článek představuje tři projekty z oboru geotechnických konstrukcí, na nichž lze prezentovat možnosti a výhody konstrukcí tohoto typu.

Opěrné stěny – R1 Žiar nad Hronom
Svislé opěrné stěny tvořené zásypovým materiálem, geomřížemi a pohledovými betonovými prvky představují plnohodnotný ucelený systém a – minimálně v tomto typu projektů – ekonomičtější alternativu v porovnání s železobetonovými úhlovými opěrnými stěnami. Výstavba probíhá bez mokrých procesů, k manipulaci s pohledovými prvky není nutná zdvihací technika. Výstavba tak může probíhat za méně příznivých povětrnostních podmínek a architekt může kombinovat více různých barev a povrchů. Projektant stanovil velmi kvalitní zásypový materiál s úhlem vnitřního tření 34°. Po posouzení externí a interní stability softwarem GGU stability byly upřesněny parametry a rozestupy jednotlivých vrstev geomříží a pro provedení odsouhlasen systém NAUE BLOCK. Navrženo bylo kladení geomříží každé tři vrstvy pohledových prvků. Statickým výpočtem bylo dále potvrzeno použití tuhých geomříží z polyesterových prutů s vynikajícím creepovým chováním, které nemá v tomto oboru konkurenci. Navrženo bylo použití geomříží s krátkodobou pevností v tahu 120 a 80 kN/m.

Zajímavostí při vývoji tohoto projektu byla změna výšky protihlukové stěny oproti předchozímu stupni projektové dokumentace. Z 2,5 m se výška změnila na 7,5 m. Z tohoto důvodu bylo založení protihlukové stěny nutné provést na velkoprůměrových pilotách, které procházely armovaným násypem opěrné stěny. Aby nebyly poškozeny geomříže, technický dozor investora požadoval vynechání geomříží v místech plánovaného vrtání velkoprůměrových pilot. Výhodou při provádění byla tuhost a šířka rolí použitých geomříží 4,75 m, kdy po odměření a připravení jednotlivých kotevních délek probíhalo kladení a zasypávání geomříží rychlým tempem (obr. 1). Teprve při pohledu na hotovou opěrnou stěnu bylo zřejmé, že byl vhodně zvolen povrch ze štípaného betonu oproti jednolité ploše při provedení z monolitu.

Radotínský portál Lochkovského tunelu SOKP – objekt SO 514 – armovaný svah
Záměrem investora a projektanta bylo provést kolem portálových bloků Radotínského portálu strmé zásypy s plánovaným zatravněním. V podstatě šlo o vyplnění prostoru směrem do svahu ke kraji stavební jámy, zapažené vrtanými mikrozápory a vrstvou stříkaného betonu, zásypovou zeminou v prudkém sklonu. Projektant zvolil vyztužení armovaného zásypu tuhými geomřížemi z polyesterových prutů. Navržen byl systém NAUE WRAP, tzv. obalované čelo s následným překrytím pevnou protierozní rohoží a hydroosevem. Sklon armované části byl 1 : 1, sklon vrchní části, již bez geomříží, 1 : 1,75.

Zhotovitelem zásypů (SO 608) byla firma Hochtief. Jako zásypový materiál byl použita převážně rubanina z ražby Lochkovského tunelu z deponie poblíž Radotínského portálu, samozřejmě za průběžného dohledu geotechnika a TDI.
–>–>
Hutnění zásypů bylo provedeno po vrstvách maximální tloušťky 300 mm na index ulehlosti Id = 0,85 pro nesoudržné zeminy podle TKP, kapitola 4 – Zemní práce, tabulka 3. Zásyp byl prováděn a hutněn souměrně z obou stran tunelů. Vzhledem k výšce celého armovaného bloku a také pro nepravidelnosti vzniklých pohledových ploch mezi portálovými bloky nebyla realizace úplně snadná. Nakonec však zhotovitel předal zásypy v požadované kvalitě a každý řidič projíždějící dnes od Brna směrem na Plzeň může vidět již zatravněný armovaný svah (obr. 2).

Návrhové postupy pro zeminové konstrukce s použitím geosyntetik v SRN
Podle DIN EN 1997-2: 2007-10: Eurokód 7: Geo­technické návrhy – Část 2 je doporučeno řídit se při návrzích takovýchto armovaných konstrukcí směrnicí EBGEO 2010, v níž jsou popsány veškeré návrhové postupy na všechny typy zeminových konstrukcí s použitím geosyntetik. Jde již o druhé aktualizované vydání, které je výsledkem práce pracovní komise 5.2. pod německou geotechnickou společností DGGT a odráží téměř 30leté zkušenosti s používáním geosyntetik a také poznatky z následného monitoringu těchto staveb v Německu. Díky tomu jsou všechny výpočtové postupy nastaveny tak, aby co nejvíce odpovídaly reálnému chování zeminových konstrukcí pro dané použití, aby podle typu stavby zajistily také odpovídající stupeň bezpečnosti, ale na druhé straně zamezily zbytečnému předimenzovávání a neefektivním návrhům.

Při navrhování zeminové konstrukce vy­ztužené geomřížemi je možné podle EBGEO 2010 redukovat působení zemního tlaku na líc takové konstrukce v závislosti na tuhosti pohledových prvků. Hodnota redukčního součinitele je závislá na způsobu spojení a tuhosti pohledových prvků. Rozlišujeme líce tuhé (například panely na celou výšku konstrukce), polotuhé (například betonové tvarovky KB blok) a poddajné (například obalované čelo). Dále je podle EBGEO 2010 schválena možnost použití soudržných zemin jako zásypového materiálu. Jako příklad projektu navrženého a provedeného také podle doporučení uvedených v EBGEO 2010 představíme projekt Bammental v Německu.

Bammental v Německu
V místě plánované výstavby bytových domů byl pozemek značně svažitý a bylo nutné ho vyrovnat a zároveň zajistit lepší odclonění hlukové zátěže pocházející z blízké průmyslové a výrobní zóny. Projektant navrhl strmý zeminový val vyztužený geomřížemi s protihlukovou stěnou navrchu s výškou kolem 12 m. Řez je znázorněn na obr. 3. Zvolen byl systém NAUE STEEL P a vyztužení bylo navrženo z jednoosých geomříží z tuhých polyesterových prutů pevnosti 200 a 40 kN/m. Pohledové prvky – ocelové sítě opatřené povrchovou úpravou Galfan – nejsou pevně spojeny s geomřížemi, jen jsou na ně položeny. Spojení s armovanou zeminou je zajištěno zahutněním zásypového materiálu a třením.

Pro potvrzení možnosti redukce zemního tlaku v kombinaci s použitím zlepšené zeminy podle EBGEO 2010 bylo rozhodnuto, že vývoj přetvoření a napětí armovaného zemního tělesa v líci bude měřen čidly a monitorován. Instalaci prováděli pracovníci institutu tBU (obr. 4). Na třetí vrstvě geomříže byla osazena čidla pro měření zemního tlaku. Na geomříž i na ocelové prvky byla také osazena měřidla protažení (obr. 5). Naměřené vertikální a horizontální deformace jsou pod 0,1 %, vztaženo k výšce celé konstrukce, a tedy v oblasti běžných velikostí deformací dokumentovaných například Ing. Petrem Heroldem  (2007). Zároveň hodnoty protažení geomříže se pohybovaly v rozsahu kolem 0,1%, což je, vzhledem k očekávání 1–2%, minimum.

Stejně jako z výsledků měření, i při modelaci metodou konečných prvků (MKP) je patrný výrazný pokles napětí v horizontálním směru směrem k líci konstrukce. Malá napětí v horizontálním směru v líci armované zeminové konstrukce dokazují účinek klenbového efektu mezi geomřížemi v oblasti líce takové konstrukce. Tento efekt je také patrný v hodnotách průběhu horizontálního zemního tlaku ve výpočtech MKP (obr. 5).

Z porovnání mezi výsledky monitoringu a výsledky modelace metodou MKP vyplývá, že předpoklad redukování účinků zemního tlaku při výpočtu armovaného zeminového valu a způsob spojení geomříže s lícovými prvky třením leží jednoznačně na straně bezpečnosti a potvrzuje doporučení uvedená v EBGEO 2010.

Závěr
Závěrem lze říci, že každý typ projektu či konstrukce má své optimální řešení. Provádění a navrhování konstrukcí z geosyntetiky by však v očích investorů a projektantů mělo znamenat každopádně zajímavou alternativu a v mnoha případech i ono optimální technické, ekonomické a zaručené řešení.

TEXT: Ing. Martin Holý
FOTO: Naue

Martin Holý je zástupce společnosti Naue pro Českou republiku a Slovenskou republiku.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.