Statické zaťažovacie skúšky pilót

V zmysle normatívneho predpisu Eurokód 7: Navrhovanie geotechnických konštrukcií sa pri návrhu pilótových základov musí vychádzať zo statických zaťažovacích skúšok alebo z výpočtových metód preukázaných statickými zaťažovacími skúškami v porovnateľných podmienkach. Statické zaťažovacie skúšky tak zostávajú rozhodujúcim podkladom pri návrhu hĺbkových základov. Ak sa v procese projektovania použijú sprostredkované výsledky, t. j. nezistené priamo na danej stavbe, vyžadujú si vyššiu mieru zabezpečenia a v konečnom dôsledku môžu viesť k predraženiu pilótových základov.

Pri vytváraní optimálneho návrhu pilótových základov je výhodné realizovať statické zaťažo­vacie skúšky nesystémových pilót – pilót zhoto­vených v predstihu pred samotnou výstavbou – a až na základe výsledkov týchto skúšok navrhnúť rozsah a parametre pilótových základov. Takéto skúšky je vhodné vykonávať až do medzného zaťaženia a tak spoľahlivo preukázať skutočnú mieru bezpečnosti návrhu v daných geologických podmienkach. S cieľom realizovať statické zaťažovacie skúšky pilót a minimalizovať náklady na také skúšky bol vyvinutý zaťažovací systém VUIS-P, ktorý sa v geologických pomeroch Slovenska osvedčil a používa sa už viac ako 25 rokov. Hlavnou prednosťou tohto zaťažovacieho systému je, že nevyžaduje zhotovenie kotevných pilót a inštaláciu takzvaného zaťažovacieho mosta a že neposkytuje len jednu hodnotu celkovej únosnosti pilóty, ale aj hodnoty únosnosti päty a únosnosti plášťa pilóty. To umožňuje projektantovi navrhnúť parametre pilót optimálne do daných geologických pomerov. Ďalej uvádzame výsledky zaťažovacích skúšok pilót systémom delenej pilóty uskutočnených v troch na Slovensku zvyčajných typoch geologických pomerov. Na základe týchto výsledkov poukážeme na výbornú vypovedaciu hodnotu statických zaťažovacích skúšok metódou delenej pilóty.

Princíp zaťažovacieho systému VUIS-P
Zaťažovacie skúšky metódou delenej pilóty sa vykonávajú vzopretím drieku proti päte pilóty. Zaťažovacia sústava pozostáva z dvoch základných častí (obr. 1) – zo špeciálnej výstuže zabudovanej do skúšobnej pilóty a z inventárnej časti zaťažovacej sústavy. Špeciálna výstuž je osadená v skúšobnej pilóte, pričom ju rozdeľuje na dve časti: na pätu a driek. Súčasťou špeciálnej výstuže je rúra, ktorá vytvára priechodný otvor v drieku pilóty a umožňuje prenos zaťaženia na pätu. Zaťaženie pilóty sa vytvára pomocou hydraulického zdviháka osadeného na vzpere, ktorá je posuvne uložená v stredovej rúre a dosadá na deliacu dosku päty pilóty. Súčasne s tlakom na pätu pilóty sa pri skúške vytvára tlak na kotevnú dosku prikotvenú ťahadlami, ktoré sú zabetónované v drieku pilóty. Pri tomto postupe pôsobí súčasne na pätu aj na driek pilóty rovnako veľké zaťaženie, ktoré má opačný smer. Výsledkom zaťažovacej skúšky je zaťažovacia krivka odporu na päte, zaťažovacia krivka plášťového trenia a súčtová krivka delenej pilóty.

Príklady zaťažovacích skúšok delených pilót v rôznych geologických podmienkach

Pilóta v štrkopiesčitých zeminách
Prvým príkladom zaťažovacej skúšky delenej pilóty je skúšobná pilóta zhotovená v štrkopiesčitých zeminách, ktoré boli od hĺbky 5 m kontaminované ropnými látkami. Hladina podzemnej vody bola narazená v hĺbke asi 12 m. Nominálny priemer pilóty bol 1 200 mm, dĺžka pilóty 14,5 m. Pilóta bola zhotovená na celú dĺžku pod ochranou oceľovej pažnice. Maximálnu ustálenú silu na päte pilóty sme dosiahli pri odpore pilóty 2 250 kN a sadaní 33,2 mm, maximálnu ustálenú silu na plášti pilóty sme dosiahli pri zaťažení 3 250 kN a posune 22,4 mm. Súčtová zaťažovacia krivka skúšobnej pilóty bola zostrojená súčtom poradníc zaťaženia z krivky odporu päty a z krivky plášťového trenia pri rovnakom posune. Skúškou sme stanovili medznú totálnu únosnosť pilóty na tlak Rc,u = 5 040 kN, merné plášťové trenie pri medznej únosnosti 69,0 kPa a merný odpor päty pilóty 1 124 kPa. Skúška preukázala, že hoci bola päta pilóty umiestnená v únosných štrkopiesčitých zeminách, únosnosť päty sa na celkovej únosnosti podieľala len asi jednou štvrtinou.

Pilóta v ílovitom piesku
Druhým príkladom zaťažovacej skúšky delenej pilóty je skúšobná pilóta zhotovená v ílovitom piesku. Hladina podzemnej vody bola narazená v hĺbke 6 m. Nominálny priemer pilóty bol 1 200 mm, dĺžka pilóty 15,5 m. Pilóta bola zhotovená na celej dĺžke pod ochranou oceľovej pažnice. Maximálnu ustálenú silu na päte pilóty sme dosiahli pri odpore pilóty 1 800 kN a sadaní 26,7 mm, maximálnu ustálenú silu na plášti pilóty sme dosiahli pri zaťažení 1 750 kN a posune 26,8 mm. Pri vyššom zaťažení už nenastalo ustálenie posunov na plášti pilóty. Súčtová zaťažovacia krivka skúšobnej pilóty bola vytvorená súčtom poradníc zaťaženia z krivky odporu päty a z krivky plášťového trenia pri rovnakom posune. Skúškou sme stanovili medznú totálnu únosnosť pilóty na tlak Rc,u = 3 548 kN, merné plášťové trenie pri medznej únosnosti 38,7 kPa a merný odpor päty pilóty 1 141 kPa. Skúška v tomto prípade preukázala približne 36-percentný podiel únosnosti päty na celkovej únosnosti.

Pilóta v zvetraných ílovcoch
Tretím príkladom zaťažovacej skúšky delenej pilóty je skúšobná pilóta zhotovená v zahlinených štrkoch a zvetraných ílovcoch. Hladina podzemnej vody bola narazená v hĺbke asi 1 m. Nominálny priemer pilóty bol 1 200 mm, dĺžka pilóty 19,6 m. Pilóta bola zhotovená pod ochranou oceľovej pažnice. Maximálnu ustálenú silu na päte pilóty sme dosiahli pri odpore pilóty 3 500 kN a sadaní 13,4 mm, maximálnu ustálenú silu na plášti pilóty sme dosiahli pri zaťažení 3 050 kN a posune 7,9 mm. Súčtová zaťažovacia krivka skúšobnej pilóty bola zostrojená súčtom poradníc zaťaženia z krivky odporu päty a z krivky plášťového trenia pri rovnakom posune. Skúškou sme stanovili medznú totálnu únosnosť pilóty na tlak Rc,u = 5 924 kN, merné pláš­ťové trenie pri medznej únosnosti 67,5 kPa a merný odpor päty pilóty 2 398 kPa. Pri medznom zaťažení skúška preukázala približne 46-percentný podiel únosnosti päty na celkovej únosnosti pilóty.
 
Výhody statických zaťažovacích skúšok delených pilót
Na uvedených troch príkladoch zaťažovacích skúšok delených pilót sme dokumentovali hlavnú výhodu týchto skúšok, a to, že okrem hodnoty celkovej únosnosti poskytujú aj osobitnú hodnotu únosnosti päty a únosnos­ti plášťa pilót. Získané hodnoty merného pláš­ťového trenia a merného odporu päty pilót umožnili optimalizovať návrh pilótových základov v daných geologických podmienkach.

Zaťažovacie skúšky delených pilót však majú oproti klasickým zaťažovacím skúškam aj ďalšie výhody:

• pri príprave zaťažovacích skúšok nie je potrebné zhotovovať kotevné pilóty, respektíve horninové kotvy nutné na prikotvenie zaťažovacieho mosta,
• zaťažovacie skúšky delených pilót možno usku­točniť aj v stiesnených priestorových podmien­kach, nie sú nutné rozsiahle zemné práce,
• montáž aj demontáž sú pri skúške rýchle a vyžadujú si len bežný autožeriav, respektíve nákladné auto s hydraulickou rukou,
• skúšky možno vykonať až do zaťaženia 20 MN,
• po ukončení skúšky možno skúšobnú pilótu zmonolitniť a využiť ako systémovú. To okrem iného dovoľuje odskúšať pilótu aj na väčšie zaťaženia a pri väčších posunoch, ako sú povolené pri klasických skúškach systémových pilót.

Záver
Uvedené príklady zaťažovacích skúšok delených pilót preukázali ich výbornú vypovedaciu schopnosť. Skúšky poskytli projektantom okrem hodnôt celkovej únosnosti aj osobitné hodnoty únosnosti päty a plášťa skúšaných pilót, čím umožnili optimalizovať návrh pilótových základov v daných geologických podmienkach. V spojení s nižšími nákladmi a rýchlejšou prípravou sú vhodným nástrojom na efektívne overenie únosnosti navrhnutých pilótových základov.

TEXT: Ing. Peter Velič, Ing. Peter Mišove, CSc.
FOTO a OBRÁZKY: VUIS – ZAKLADANIE STAVIEB

Autori sú konateľmi spoločnosti VUIS – ZAKLADANIE STAVIEB, s. r. o.

Literatúra
1.    STN EN 1997-1: 2010 Eurokód 7. Navrhovanie geotechnických konštrukcií. Časť 1: Všeobecné pravidlá.
2.    PN BVÚ 731801: 1991 Statické zaťažovacie skúšky vykonávané vzopretím drieku proti päte pilóty.
3.    Velič, P., Mišove, P. : Slovnaft Bratislava – Flue gases desulphuration plant, Správa zo zaťažovacích skúšok pilót, jún 2010.
4.    Velič, P., Mišove, P. : Rýchlostná cesta R4 Košice – Milhosť, Správa zo zaťažovacej skúšky pilóty, január 2011.
5.    Velič, P., Mišove, P .: Diaľnica D1 Dubná Skala – Turany, Správa zo zaťažovacích skúšok pilót, apríl 2010.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske Stavby/Inženýrské stavby