Chyby pri plánovaní a realizácii geotechnického monitoringu

Na základe 30-ročných skúseností s plánovaním a realizáciou geotechnického monitoringu si v tomto príspevku dovolíme upozorniť na najčastejšie chyby, ktorých sa dopúšťajú geológovia, projektanti geotechniky či investori, no, samozrejme, najmä samotné firmy realizujúce tento monitoring.

Poznáte výhody Klubu ASB? Stačí bezplatná registrácia a získate sektorové analýzy slovenského stavebníctva s rebríčkami firiem ⟶

Nezadefinovanie geotechnických rizík v projekte

Často sa stretávame s tým, že v rámci verejného obstarania stavby cesty alebo diaľnice treba oceniť všeobebú položku „Geotechnický monitoring“. Je chvályhodné, že investor (NDS, SSC) má vypracované technicko-kvalitatívne podmienky pre realizáciu geotechnického monitoringu (TKP 28, TKP 35) a teda, že sa takáto položka v rozpočte vôbec objavuje. Ak ale v projektovej dokumentácii, ktorá slúži ako podklad pre ocenenie, nie je ani zmienka o geotechnickom monitoringu (GTM), stavebné firmy dostanú od špecializovaných firiem na GTM rôzne improvizované cenové ponuky.

Keď už projektant nechce alebo nemá čas rozpracovávať projekt geotechnického monitoringu, mal by v každom prípade uviesť aspoň register (zoznam) geotechnických rizík, teda upozorniť na kritické miesta projektu z hľadiska geotechniky, a uviesť mieru dôležitosti, s akou sa treba jednotlivým rizikám venovať.

Vychádzať by pritom mal zo záverov inžinierskogeologického prieskumu, kde by mal byť zodpovedným riešiteľom geologickej úlohy upozornený na prírodné geologické riziká. Ak k tomu projektant nemá dostatočné podklady a nemá ani priestor na doplnenie IG prieskumu, mal by zvoliť pozorovaciu metódu výstavby. Na druhej strane, ak žiadne relevantné geotechnické riziká pri spracovaní projektu nezistil, mal by to takisto uviesť.

Autori príspevku sa domnievajú, že rizikový manažment, ktorý je už vo väčšine sfér samozrejmosťou (napr. register rizík v oblasti BOZP), je pri uplatňovaní v geotechnike stále nedostatočný. Mnohokrát sa začne iniciovať až vtedy, keď prídu bankári alebo poisťovatelia. Manažment geotechnických rizík je však dôležitý proces na zabezpečenie toho, aby sa geotechnické riziká systematicky znižovali na prijateľnú úroveň až do úspešného ukončenia stavby.

Manažment spočíva najmä v troch činnostiach: identifikácii geotechnických rizík, analýze geotechnických rizík a kontrole geotechnických rizík. Je v záujme investora, aby sám inicioval proces manažmentu geotechnických rizík, prípadne si na to zabezpečil geotechnického konzultanta.

Je však aj v záujme samotného geotechnika, aby sa naučil pracovať so systémom rizikového manažmentu, ktorý je vo svojej podstate jednotný pre rôzne sféry. Ak aj boli v minulosti najvyšší manažéri stavebných firiem či riaditelia investičných úsekov štátnych spoločností spravidla stavebnými inžiniermi, dnes to už tak v mnohých prípadoch nie je.

Ide o to, aby geotechnik vedel, obrazne povedané, previesť jednotky Pascal na jednotky eur. Len tak mu budú dnešní manažéri rozumieť a bude ich schopný presvedčiť o potrebe zmysluplného geotechnického monitoringu. Samotný geotechnický rizikový manažment je pritom už v súčasnosti vo svete prepracovaný, napr. v roku 2024 vyšla publikácia „Risk Management for Geotechnical Engineering: Hazard, Risks and Consequences“ od autora Duncana C. Wyllieho.

Nekorektné meranie tlakového potenciálu podzemnej vody

Ak sú známe geotechnické riziká projektu a ich ocenenie, možno vypracovať projekt geotechnického monitoringu. Ak je možné monitorovať príčinu, uprednostníme to pred monitorovaním dôsledku. Dôsledky sa monitorujú zväčša na povrchu a príčiny pod povrchom. Geodetické merania sú, samozrejme, podstatne lacnejšie ako podpovrchové merania, ale v prípade nepriaznivého vývoja umožnia podpovrchové merania odhaliť mechanizmus a lokalizáciu porušenia, a tým aplikovať efektívne nápravné opatrenia.

V našej praxi je v rámci monitoringu zosuvných území bežné inštrumentovať dvojičku monitorovacích vrtov: jeden ako hydrogeologický a druhý ako inklinometrický vrt. Ich vzájomná vzdialenosť býva nezriedka príliš malá, a tak pri ich realizácii dochádza ku kolmatácii filtra piezometra bentonito-cementovou zálievkou z inklinometrického vrtu, dokonca až k preniknutiu zálievky do hydrovrtu. Tým sa strácajú informácie, resp. skresľujú hodnoty skutočných tlakových pomerov vody. Je preto potrebné, aby sa hydrogeologický vrt zabudoval vo väčšej vzdialenosti od inklinometrického vrtu.

Druhou častou chybou je, že hydrogeologický vrt sa v zosuvnom území zabuduje v podstate ako studňa s malým priemerom, teda s perforovanou rúrou na dlhom úseku, nezriedka po celej dĺžke.

Takéto riešenie je možné len v homogénnych pomeroch, v zosuvných územiach je však veľmi častá vertikálna geologická heterogenita. Skutočné nárasty tlaku vody v póroch málo priepustnej zeminy (k < 10–6 m/s) tak zostanú skryté, pretože je tento potenciál odbúraný „by-passom“ do priepustnejších vrstiev zeminy. Dôležité informácie o skutočnom potenciáli podzemnej vody tak zostanú neodhalené.

Hydrogeologické vrty by mali byť v nehomogénnom horninovom prostredí jednoznačne piezometrické s bodovým charakterom merania, teda utesnením krátkej filtračnej časti zhora aj zospodu bentonito-cementovou zálievkou.

Samostatným problémom nielen hydrogeologických vrtov, ale akýchkoľvek vrtov v rámci geotechnického monitoringu je spôsob ich vŕtania. Pri nevhodnom vŕtaní alebo nezapažení stien vrtu môžu vznikať kaverny v okolí vrtu, čo sa stáva najmä v polohách zvodnených pieskov. To spôsobí nepredpokladané deformácie, resp. až sadanie horninového prostredia v okolí vrtu aj bez vonkajšieho zaťaženia.

Monitorovacie vrty by mali byť v zeminách vŕtané s použitím výpažníc a po dovŕtaní dôkladne vyčistené od kalu. Bentonito-cementová zálievka na utesnenie piezometrických vrtov alebo vyplnenie inklinometrických vrtov by mala byť aplikovaná jednoznačne odspodu, a nie liata zvrchu.

Dostatočná pozornosť sa nevenuje ani zhlaviu vrtu. Často môžeme vidieť, ako betónová pätka s oceľovou chráničkou doslova visí na plastovej pažnici. Vplyvom mrazu alebo dažďa totiž sadá terén, v dôsledku čoho do vrtu vteká voda a celé zhlavie je nestabilné, náchylné na poškodenie a nevhodné na meranie deformácií.

Neskúsení merači, absentujúce smernice a postupy

Inštalácia meracích zariadení pre geotechnický monitoring si vyžaduje skúsený odborný personál. Vo väčšine prípadov nemožno dodatočne skontrolovať, ako boli snímače zabudované, pretože sú zaliate v betóne alebo bentonito-cementovej zálievke.

Ešte v časoch Československa sa tradovalo, že správne nainštalovať napr. snímač pórového tlaku vody v zemine je hotová maturita. Skutočne si to vyžaduje erudíciu alebo dôkladné zaškolenie technika priamo v teréne (na stavbe). Dôsledne spracovaný technologický postup a check-listy sú nevyhnutné na zabezpečenie kvality. Fluktuácia a nedostatok schopných motivovaných technikov v súčasnosti nabádajú k opatrnosti pri analýze výsledkov geotechnického monitoringu.

Ak má byť na stavbu vyslaný nevyškolený technik s úlohou „nejako to tam zabuduj“, je lepšie tam snímače vôbec nedávať. Ušetria sa tým nielen financie, ale zabráni sa aj mylným výstupom. Ak totiž ani merač, ktorý príde následne snímač zmerať, nemá dostatočné poznatky z geotechniky (nevie posúdiť plauzibilitu nameraných dát), môžu všetci zúčastnení na stavbe dostať zavádzajúce dáta.

Odstrašujúcim príkladom môžu byť výstupy získané pri razení jedného z tunelov na severnom Slovensku, kde bol pri meraní tlakovými krabicami v primárnom ostení dlhodobo a na viacerých meracích miestach meraný ťah a tak bol aj interpretovaný. Tlaková krabica pritom môže zaznamenať len tlak, obdobne ako osobná váha. Svedčí to o tom, že konkrétny technik / merač nebol oboznámený so zabudovanou meracou technikou a zasielal nekorektné dáta.

Ak však ani projektant nepozná obmedzenia aplikovanej meracej techniky (na to by ho mal upozorniť práve merač), pracuje sa s absolútne nekorektnými hodnotami sledovaných veličín. Okrem toho sme na stavbách často svedkami nedbanlivej starostlivosti o meraciu techniku a nešetrného zaobchádzania s ňou, čo takisto svedčí o nedostatočnej motivácii pracovníkov.

Neprimerané intervaly meraní (zberu dát)

V 90. rokoch minulého storočia, keď sme s geotechnickým monitoringom začínali, bolo presadenie nejakého merania na stavbách takou vzácnosťou, že sme si ku každému výsledku merania ako kolektív sadli a dáta dlho odborne preberali.

V súčasnosti zas pri niektorých projektoch vznikajú až „cintoríny dát“, rozsiahle dátové súbory, ktorým už nikto nevenuje patričnú pozornosť. Je to hlavne tým, že sa s harmonogramom meraní počas výstavby nepracuje, ide sa podľa šablóny danej na začiatku stavby.

Intervaly meraní by sa však mali prispôsobovať vývoju interakcie stavebného objektu a horninového prostredia, postupu stavebných prác a klimatickým podmienkam. Najmä ak sa aplikuje automatizovaný zber dát, stavebný dozor často požaduje príliš krátky interval meraní v duchu „keď tam už ten datalogger máme“. Zväčša to však neznamená vyššiu výpovednú schopnosť, ale stratu prehľadnosti.

Interpretácia dát bez ich hlbšej analýzy

Interpretácia nameraných dát v zmysle ich vyhodnotenia a vysvetlenia prináleží zodpovednému projektantovi geotechnického stavebného objektu. Ten by mal výsledky meraní osobne konzultovať aj s konkrétnym meračom. Merač by si mal všímať okolie meracieho miesta, či tam nenastali nejaké zmeny v deformačnom stave objektu a priľahlom horninovom prostredí.

Dôležité je, aby merač zaznamenal pri meraní všetko, čo môže ovplyvniť výsledky meraní, najmä postup stavebných prác, použité technológie, ale aj stopy po vandalizme, krádeži alebo poškodenia spôsobené napr. pri kosení trávy a, samozrejme, aj prejavy počasia.

Autori príspevku sa občas stretávali s jednoznačným odmietnutím výsledku merania, lebo deformácia „ide hore kopcom, čo nie je možné“ alebo „pri takom napätí by to už dávno spadlo“. Bolo by pritom vhodnejšie zamyslieť sa nad tým, aké rôzne faktory môžu výsledky merania ovplyvniť. Napríklad často aplikované odvodňovacie vrty spôsobujú sadanie terénu, čím môžu ovplyvniť aj polohu meracích bodov a deformáciu inklinometrických vrtov.

Z titulu interpretácie patrí k najnáročnejším dlhodobé meranie napätí v betóne tenzometrami, keďže naň vplýva celý rad faktorov ako viacosová napätosť, zmrašťovanie betónu, starnutie betónu, creep betónu, vplyv teploty atď. Výstupom merača by malo byť len pomerné pretvorenie, nie je vhodné požadovať od meracej firmy výstup v napätiach. To by mala byť úloha pre skúseného odborníka v oblasti betónových konštrukcií.

Autori si myslia, že viacero korektných meraní sa pri interpretácii vylúči len preto, že výsledok sa nám nezdá. A, naopak, stáva sa, že sa interpretujú aj výsledky meraní, ktoré sú nekorektné. Preto je pri interpretácii dôležitá súhra skúseného merača a skúseného projektanta geotechniky. Projektant by mal mať základné poznatky o meracej technike a špecializovaný merač zas o geotechnike.

Samoúčelné definovanie varovných stavov

Predstava, že v geotechnike sa dajú jednoznačne zadefinovať varovné stavy, je prianím mnohých investorov či štátnych úradníkov. Požiadavka monitorovať skalné bralo nad komunikáciou tak, že pri dosiahnutí varovného stavu šírky trhliny sa na semafore prepne červená farba a doprava sa zastaví, je lákavá, ale nerealizovateľná. Skala, ale ani prekonsolidovaná zemina nie sú natoľko tvárne hmoty, aby umožňovali takýto varovný systém. Ako potom odpovedať na otázku: „Načo to teda monitorujete, keď neviete jednoznačne zabrániť havárii?“ Odpoveď znie: „No predsa na to, aby sme znižovali riziko, že k havárii dôjde.“

Stavebný dozor a investor zvyčajne požadujú presnú špecifikáciu varovných stavov, čo je v zásade opodstatnené. Projektant by mal, samozrejme, ešte vo fáze prípravy stavby určiť minimálne a maximálne hodnoty sledovaných veličín, aby zhotoviteľ geotechnického monitoringu vybral snímač s vhodným meracím rozsahom. Ak vie projektant jednoznačne stanoviť varovný stav pre monitorovanú veličinu v absolútnych hodnotách, napr. výšku hladiny podzemnej vody zo stabilitného výpočtu, mal by tak urobiť.

Na zadefinovanie varovných stavov deformácií je však v geotechnike vhodnejšie pracovať so zrýchlením meranej veličiny ako s jej absolútnou hodnotou. Predišlo by sa tak častým pochybnostiam v praxi, keď je absolútna veličina výrazne prekročená a stále sa nič kritické nedeje. Treba si však uvedomiť, že čas na reakciu sa skracuje so zrýchľovaním hodnoty sledovanej veličiny. V podstate sú štyri oblasti meranej hodnoty:

• nerelevantné, resp. predpokladané hodnoty,
• začiatok signifikantných prejavov,
• alarm pre zúčastnených,
• havária.

Na zrýchľovanie hodnôt sledovanej veličiny treba reagovať už pri zistení signifikantných prejavov, a to prípravou nápravných opatrení, ktoré sa okamžite použijú v prípade dosiahnutia alarmujúceho zrýchlenia.

Aplikácia nevhodného prístrojového vybavenia

Vývoj nových technológií je omnoho rýchlejší ako ich aplikácia v geotechnickom monitoringu. Stavebníctvo a zvlášť geotechnika sú špecifické tým, že monitoring prebieha v drsných podmienkach, a to nielen klimatických, ale aj prevádzkových. Ťažké mechanizmy, mráz, búrky, blato atď. sú okrajové podmienky, ktoré nie sú vhodné pre každú novú technológiu overenú v laboratórnych či továrenských podmienkach.

Kvalita signálu pri online prenosoch tiež nebýva zaručená vo všetkých prírodných lokalitách. Preto by sa mali pri výstavbe aplikovať technológie už overené v geotechnike. Autori boli svedkami viacerých aplikácií nových prístrojov na našich stavbách, ktoré sa v lepšom prípade neujali a v horšom nezabránili škodám z dôvodu, že boli pre danú úlohu nespoľahlivé.

V ostatných rokoch idú do popredia IoT riešenia úspešne používané v priemysle. Pred ich aplikáciou v geotechnike je však skutočne dôležité preveriť ich najprv v konkrétnych podmienkach danej lokality. Len tak ich možno s plnou zodpovednosťou použiť na prácu s varovnými stavmi.

Niektoré ďalšie odporúčania na plánovanie a realizáciu geotechnického monitoringu

Na záver spomenieme ešte niektoré odporúčania na základe našich skúseností, aby sa predišlo chybám či sklamaniu z výstupov meraní bez ich výpovednej hodnoty. Odporúčame:

• nenavrhovať meranie tlakovými krabicami tam, kde sa neočakávajú vysoké hodnoty tlakov (napr. na rube ľahkého montovaného oporného múru);
• na priečne meranie sadania podložia násypov pozdĺž meranej priamky používať prednostne horizontálnu inklinometrickú sondu, a nie prenosný hydrostatický prístroj, ktorý má neuspokojivú presnosť;
• na zvislé meranie sadania podložia násypov pozdĺž meranej priamky zabudovať deformetrické, resp. inklino-deformetrické profily až po dosypaní násypu na projektovanú výšku. Predíde sa tým komplikáciám pri sypaní a zhutňovaní jednotlivých konštrukčných vrstiev okolo krehkej plastovej pažnice a jej prípadnému poškodeniu;
• presadzovať, aby servis meracej techniky v prevádzke zabezpečovala špecializovaná firma, ktorá meraciu techniku nainštalovala, a nie bežná prevádzková obsluha;
• snažiť sa o zmysluplnú komunikáciu (koordináciu) medzi zúčastnenými na stavbe, najmä si dať záležať na vysvetlení účelu zabudovanej meracej techniky a dôležitosti jej ochrany pri zemných a stavebných prácach miestnemu vedeniu stavby.

TEXT: Ing. Vladimír Gróf, PhD., Ing. Michal Poláček
FOTO: Geoexperts, spol. s r. o.

Článok bol uverejnený v časopise IS 2/2024