Nedostatky normy STN 73 3040 pri navrhovaní geotechnických konštrukcií s využitím geosyntetík
Časopis Inžinierske stavby 
Na trhu s geosyntetikami v Českej republike sa naša spoločnosť pohybuje od roku 1998, na Slovensku od roku 2005.
Okrem obchodnej praxe sme aktívni aj v projektovej a výskumnej sfére, vykonávame vzdelávanie odbornej verejnosti a na poli geosyntetík sa dnes, predovšetkým v Českej republike, zapájame do tvorby predpisov a noriem, ktoré sa touto problematikou zaoberajú. Práve tieto skúsenosti nás motivovali k napísaniu tohto článku, v ktorom upozorňujeme na isté nedostatky normy STN 73 3040.
V rámci navrhovania geotechnických konštrukcií s využitím geosyntetík sú v Slovenskej republike v súčasnosti k dispozícii dve platné normy:
- STN 73 3040 Geosyntetika. Základné ustanovenia a technické požiadavky,
- STN 73 3041 Horninové konštrukcie vystužené geosyntetikou. Technické požiadavky.
Norma STN 73 3040 združuje viac informácií a zaberá širšie spektrum problematiky návrhu konštrukcií z geosyntetiky. Norma STN 73 3041 sa zaoberá prevažne výstužnou funkciou, vo svojej podstate kopíruje skúsenosti a požiadavky v zhode s britskými štandardmi.
V tomto článku budeme ďalej reagovať len na prvú z menovaných noriem, teda na normu STN 73 3040. V žiadnom prípade však nechceme touto cestou uberať kredit autorom normy, ani technickej komisii, pretože normotvorbu vždy sprevádza obrovská miera kompromisov a ústupkov, ktoré nie sú vždy prospešné kvalite predpisu alebo normy.
Chceme iba upozorniť na isté úskalia, pred ktoré je užívateľ (projektant) normy postavený, a zároveň uvádzame aspoň rámcový návrh na zmenu súčasného stavu. Cieľom článku je upozorniť na nedostatky predmetnej normy, predovšetkým na definovanie nadbytočných požiadaviek na geosyntetiká v rámci ich funkcií, čo vedie rovnako k nadbytočne špecifikovanému výrobku v projektovej dokumentácii.
Názor autora tohto článku je, že norma musí požiadavky na aplikácie definovať jednoznačnejšie pomocou niekoľkých určujúcich parametrov, ktoré sú pre danú funkciu technicky opodstatnené, a obmedziť v maximálnej možnej miere parametre, ktoré sú len doplňujúce a opisné.
Toto norma STN 73 3040 neplní, jej požiadavky na geosyntetiká sú naprieč celým textom „preurčité“ bez akéhokoľvek technického opodstatnenia vo vzťahu k danej aplikácii a funkcii, ktorú má geosyntetikum v konštrukcii plniť. Uvedený stav potom prakticky znemožňuje projektantovi vykonať adekvátny kvalifikovaný návrh geosyntetika, pretože je jeho návrh zviazaný nutnosťou definovať technicky až nezmyselné požiadavky.
Projektant musí byť schopný definovať v projektovej dokumentácii požiadavky na geosyntetické materiály bez nadväznosti na ich konkrétneho výrobcu alebo dodávateľa, čo je momentálne podľa normy prakticky vylúčené, keďže podľa jej odseku 5.2.38 „Výrobca alebo dodávateľ geosyntetického výrobku musí mať každú deklarovanú hodnotu vlastnosti podloženú platným aktuálnym protokolom o skúške výrobku podľa uvedenej normy.
Protokol predkladá na požiadanie autorovi projektu a/alebo špecialistovi, ktorý navrhuje geosyntetický výrobok v stavebnej konštrukcii.“ V podstate tak projektant bez priameho kontaktu na konkrétneho výrobcu a/alebo dodávateľa geosyntetického materiálu nie je schopný požiadavky normy v tomto bode naplniť.
V tejto súvislosti uvádzame, že je v príprave séria technických predpisov ISO 18228 pre navrhovanie geosyntetík (niektoré sú už publikované, napr. ISO/TR 18228-3: 2021 o požiadavkách na filtráciu), ktoré upravujú túto problematiku a bolo by vhodné tu uvedené skutočnosti reflektovať aj v požiadavkách normatívnej základne.
Vo všeobecnej rovine je výrobca geosyntetík povinný testovať (resp. nechať testovať, podľa systému riadenia výroby) a deklarovať vo vyhlásení o parametroch iba tie vlastnosti, ktoré vyžaduje harmonizovaná technická špecifikácia (STN EN 13249 a pod.) pre dané zamýšľané použitie (funkciu). Iné vlastnosti nie je výrobca na európskej úrovni povinný testovať ani deklarovať a vo vyhlásení o parametroch nie sú povinné a obvykle ani uvedené.
Norma STN 73 3040 kladie požiadavky na vlastnosti nad rámec medzinárodného európskeho konsenzu, čím sa neúmerne zvyšujú nároky na výrobcu alebo dodávateľa geosyntetík. To prináša problém, pretože mimo legislatívneho rámca možno vlastnosti geosyntetík doložiť maximálne technickými listami.
Tých však možno, odľahčene povedané, vyrobiť na počkanie nepreberné množstvo s ľubovoľným obsahom, prípadne s kusými skúšobnými protokolmi s nulovou štatistickou váhou.
Problémom sú v predmetnej norme aj odkazy na ASTM normy, ktoré nie sú v súlade s európskymi harmonizovanými špecifikáciami – nie sú všeobecne aplikovateľné v európskych podmienkach. Výnimku predstavujú skúšobné metódy opísané v prílohe B harmonizovanej technickej špecifikácie (STN EN 13249 a pod.).
Bližšie sa na nedostatky normy pozrieme v zmysle jej členenia podľa požiadaviek na jednotlivé zamýšľané použitia (funkcie) geosyntetík. V rámci normy sú špecifikované požiadavky na oddeľovanie, filtráciu, odvodňovanie, vystužovanie, stabilizovanie, ochranu a protieróznu ochranu a bariéru, teda na všetky oficiálne uznané funkcie geosyntetík. Dôležité odkazy na tabuľky z normy sú v rámci textu uvádzané v uzavretých zátvorkách <odkaz na normu STN 73 3040>
Požiadavky na oddeľovanie
Výber geosyntetika na oddeľovanie sa určuje podľa normy na základe triedy robustnosti podľa zvyklostí z Nemecka, kde sú triedy robustnosti označované ako GRK 1 až GRK 5, v STN 73 3040 sú označované ako TRG.
Technická požiadavka na geotextílie je okrem iných vlastností špecifikovaná plošnou hmotnosťou bez ohľadu na technológiu výroby. Plošná hmotnosť je však iba indikatívny ukazovateľ a historické rezíduum – vo vyhlásení o parametroch sa neuvádza, v legislatívnom rámci teda nie je kontrolovateľná, je tiež technicky neopodstatnená a pri výbere akejkoľvek inej než netkanej geotextílie predstavuje z ekonomického aj technického pohľadu likvidačnú požiadavku, ktorú nie je možné splniť so štandardnými geotextíliami (tkanými, pletenými).
O schopnosti geosyntetika oddeľovať rozhodujú parametre ako index energie určený ťahovou pevnosťou a ťažnosťou, odolnosť proti statickému pretrhnutiu (označovaná ako skúška CBR), prípadne odolnosť proti dynamickému pretrhnutiu (skúška padajúcim kužeľom), ktoré by mali byť normou výhradne špecifikované.
Na použitie geokompozitov na oddeľovanie je v norme uvedená požiadavka na šmykovú pevnosť spoja, ako aj na odlupovú pevnosť spoja geokompozitu, pričom
konkrétna požiadavka sa nestanovuje, ale výsledok skúšky sa požaduje <viď tabuľka 6>. Z toho vyplýva, že technická požiadavka neexistuje a ak sa projektantovi podarí hodnotu získať, nemá ju s čím porovnať a kvalitatívne predpísať.
Požiadavky na filtráciu
Akékoľvek iné než hydraulické vlastnosti sú v rámci požiadaviek na filtráciu nadbytočné. Pokiaľ sa v tomto prípade kladú požiadavky na mechanickú odolnosť geotextílie, je korektnejšie vyšpecifikovať ich pri oddeľovaní a požadovať, aby geotextília vždy plnila filtračnú funkciu a oddeľovaciu súčasne, čo je pri navrhovaní geosyntetík s týmito funkciami bežná prax.
Požiadavky na odvodňovanie
Požiadavky na odvodňovanie sú definované zbytočne mnohými, menej podstatnými parametrami. Špecifikácia nereflektuje, čo sa s geokompozitom v konštrukcii deje a akým spôsobom je počas jeho životnosti namáhaný. Ťahová pevnosť je rozhodujúca predovšetkým pri skládkach, ktorých sa táto norma netýka.
Výrobca deklaruje vo vyhlásení o parametroch prietokovú kapacitu pri určitom tlaku, gradiente a tvrdosti povrchov, čiže takzvanú krátkodobú kapacitu. Dlhodobá kapacita je potom daná tlakovým creepom (plastickým tečením) jadra a ostatnými redukčnými faktormi (zanesenie baktériami, vodným kameňom a pod.), ktoré sa dajú dohľadať v literatúre (napr. GRI-GC8: Determination of the Allowable Flow Rate of a Drainage Geocomposite).
Ostatné parametre ako celková krátkodobá pevnosť v tlaku, celkové krátkodobé pomerné stlačenie, celkové tlakové plastické tečenie, záznam časovej zmeny počiatočnej hrúbky, šmyková pevnosť spoja a odlupová pevnosť spoja geokompozitu sú zohľadnené v redukčných faktoroch a v parametroch krátkodobej drenážnej kapacity. Samy o sebe sú tieto parametre nepoužiteľné, vo vyhlásení o parametroch sa nedajú nájsť a nie je možné vykonať relevantnú kontrolu správnosti návrhu.
Požiadavky na vystužovanie
Aj pri požiadavkách na tieto aplikácie je väčšina technicky neopodstatnená a/alebo sú otázkou výroby a teda určenia pomocou vyhlásenia o parametroch. Vďaka nemu sú pri konštrukciách s životnosťou dlhšou ako 5 rokov požiadavky a priori splnené, napr. molekulová hmotnosť pri polyesteri atď.
Pri vystužovaní je dôležitá dlhodobá pevnosť geosyntetika, ktorá výpočtovo vychádza z krátkodobej pevnosti geosyntetika a redukčných faktorov podľa normy ISO/TR 20432. Ďalej uvedené parametre ako napríklad účinnosť spoja a tuhosť v krútení sú určujúce predovšetkým pri stabilizovaní.
Požiadavky na stabilizovanie
Na stabilizovanie vrstiev zo sypkých zrnitých materiálov sa podľa normy STN 73 3040 používajú len geomreže certifikované podľa EOTA Technical Report No.41, ktorý je na úrovni STN EN 13249 až STN EN 13256 <odsek 5.2.13>.
Ďalej sa podľa normy používajú na stabilizovanie podkladových vrstiev nevýstužné šesťuholníkové geomreže so stabilizačnou funkciou <odsek 5.2.15>, čo vedie k jednému výrobcovi a jednému konkrétnemu výrobku. Na stabilizovanie podkladových vrstiev sa však dajú s rôznou účinnosťou použiť aj iné geosyntetické materiály.
Požiadavky na ochranu
Schopnosť geotextílie chrániť určité konštrukcie (napr. geomembrány) je ohraničená okamihom jej poškodenia a/alebo nadmerného pretlačenia sypaniny cez jej štruktúru. Preto sa ochrana v bežnej praxi charakterizuje najčastejšie jednoznačne odolnosťou proti statickému pretrhnutiu, priemerom otvoru prerazeného kužeľom, odolnosťou proti pyramídovému prierazu a účinnosťou ochrany.
Požiadavky na protieróznu ochranu
Z uvedeného množstva parametrov sú prakticky technicky opodstatnené len ťahová pevnosť a životnosť. Ostatné parametre sú otázkou výroby. Pri nezakrytých geosyntetikách používaných na protieróznu ochranu bude rozhodujúca ich expozícia UV žiareniu. Vo väčšine sú tieto výrobky navyše biodegradabilné, a priori sa teda počíta s ich rozpadom.
Požiadavky na bariéru
Plošná hmotnosť je pri tejto jedinej funkcii (iba pri ílových bariérach) skutočne opodstatnená. Stačilo by ju však definovať iba vhodne zvolenými dvomi z troch uvedených hodnôt. Ďalšou rozhodujúcou vlastnosťou je už len prietok (priepustnosť vody).
Základné spoločné požiadavky na odolnosť
Ide o spoločné požiadavky na odolnosť všetkých geosyntetických výrobkov a na geosyntetiku vyrobenú z polyesteru, alebo ktorá obsahuje polyester <tabuľky 20 a 21>.
Odolnosť proti poškodeniu je relevantná len pri vystužovaní. Pri oddeľovaní ako aj ochrane je poškodenie a priori vylúčené návrhom.
Pri protieróznej ochrane ide takisto o zbytočnú požiadavku. Odolnosť proti UV žiareniu je automaticky zohľadnená v sprievodnom dokumente (vyhlásenie o parametroch) vetou „Musí sa zakryť do (doba) po uložení.“, čo uvádza výrobca podľa skúšky EN 12224.
Požadovať konkrétne hodnoty je suplovaním práce výrobcov geosyntetík. Oxidácia a odolnosť proti vnútornej hydrolýze sú pri výrobkoch so životnosťou 25 rokov a vyššou automaticky splnené, pretože sa skúša podľa prílohy B.4.2 harmonizovanej technickej špecifikácie, podľa ktorej musí byť v informácii o výrobku uvedené: „Predpokladá sa trvanlivosť (špecifikuje sa životnosť) v prírodných zeminách s hodnotou 4 ≤ pH ≤ 9
a pri teplotách zeminy ≤ 25 °C na základe výsledkov skúšobnej metódy (odkaz na príslušný oddiel a dobu skúšky z B.4.2)“.
V norme STN 73 3040 sa ako hranica životnosti uvádza 10 rokov. Materiál PCM, čiže materiál po použití spotrebiteľom, ktorý sa zásadne odlišuje od pôvodného prvotného polyméru a už sa nemôže používať na zamýšľaný účel, a PIM, čiže materiál odvedený z prúdu odpadu počas výrobného procesu, ktorý má odlišné vlastnosti ako pôvodný prvotný polymér, sa pripúšťajú podľa prílohy B iba pre životnosť nižšiu ako 5 rokov.
Pri akejkoľvek vyššej životnosti (konkrétne 25, 50 a 100 rokov) ich geosyntetiká nesmú obsahovať. Hranica 5 rokov (nie 10 rokov) teda rieši aj túto otázku, s odkazom na prílohu B harmonizovanej technickej špecifikácie, kde už to vyriešila Európska komisia.
Je teda nielen zbytočné, ale aj kontraproduktívne zavádzať novú hranicu životnosti (10 rokov) a vyžadovať výsledky akýchkoľvek skúšok, ktoré sú obsiahnuté vo vyhlásení o parametroch preto, aby výrobok vôbec mohol vstúpiť na trh.
Záver
Pri posudzovaní, ktorá vlastnosť geosyntetika je pri vybranom zamýšľanom použití kľúčová, je nutné postupovať systémom: medzný stav –> mechanizmus porušenia –> funkcia –> vlastnosť. Zároveň je nevyhnutné rešpektovať, že výrobcovia sú povinní uvádzať iba vybraný rámec vlastností na vybrané zamýšľané použitie (funkciu).
Nakoniec navrhujeme v požiadavkách na vlastnosti zvoliť iba tie vlastnosti, ktoré sú technicky opodstatnené a naopak neuvádzať tie, ktoré sú a priori naplnené vo vyhlásení o parametroch.
Norma STN 73 3040 navyše vo výsledku kladie na geosyntetiká aj ich výrobcov a distribútorov prehnané kvantitatívne požiadavky, ktoré je veľmi zložité doložiť a skontrolovať. Ide vysoko nad rámec medzinárodného európskeho konsenzu, pri ktorom je oprávnené predpokladať, že je postavený na technicky opodstatnených vlastnostiach a v dostatočnej miere.
Norma STN 73 3040 je podľa názoru autorov článku pre radového užívateľa neprehľadná, vlastnosti geosyntetík sú prakticky bez výnimky nadbytočne špecifikované a veľmi často aj podmienené inými faktormi či odkazmi a to všetko na úkor prehľadnosti a efektivity normy. V najbližšom čase by bolo viac než vhodné vykonať revíziu normy v zmysle jej zjednodušenia a sprehľadnenia na použitie v projektovej praxi.
TEXT: Ing. Ján Lajčák, Ing. Ondřej Vodáček, Ing. Martin Kašpar. Všetci pôsobia v spoločnosti GEOMAT Slovakia, s. r. o.
FOTO: GEOMAT Slovakia, s. r. o.
Literatúra:
- STN 73 3040 Geosyntetika. Základné ustanovenia a technické požiadavky.
- STN 73 3041 Horninové konštrukcie vystužené geosyntetikou. Technické požiadavky.
- ISO 18228 Design using geosynthetics.
- STN EN 13249 Geotextílie a geotextíliám podobné výrobky. Vlastnosti požadované pri stavbe pozemných komunikácií a iných dopravných plôch (okrem železníc a vystužovania asfaltových povrchov vozoviek).
- GRI Standard GC8 (GRI-GC8): Determination of the Allowable Flow Rate of a Drainage Geocomposite. 2. Folsom, USA: Geosynthetic Research Institute, 2013.
- ISO/TR 20432 Guidelines for the determination of the long-term strength of geosynthetics for soil reinforcement.
