Vystužené oporné systémy

Oporné systémy vystužené geomrežami so sklonom líca do 90° a dlhodobou životnosťou sú náročné konštrukcie, ktoré musia byť spoľahlivé a musia dlhodobo plniť svoju funkciu. Kvalita a dlhoročná spoľahlivosť týchto systémov je mimoriadne dôležitá. Každý systém má mať k dispozícii súbor dokumentov, ktoré obsahujú certifikát systému. V prípade oporných systémov s malými tvárnicami na líci treba uvádzať aj informáciu o dlhodobej pevnosti spoja geomreža/tvárnica.

Úvod
Úspešné realizácie jednoduchých, ale aj náročných oporných horninových konštrukcií vystužených geosyntetikou stále častejšie prekonávajú bariéru klasických riešení. Vysoké vystužené strmé svahy s poddajným lícom z kovovej sieťoviny v sklone do 70° a najmä vysoké vystužené oporné múry s tuhým lícom z betónových tvárnic, prefabrikátov alebo stien v sklone do 90°, predstavujú technicky progresívne a ekonomicky úsporné konštrukcie. Vystužené oporné múry zložené z prefabrikovaných prvkov a geosyntetiky môžu byť alternatívou pre monolitické oporné betónové a gravitačné konštrukcie, a to:

• klasické betónové gravitačné oporné múry,
• železobetónové uholníkové alebo doskové oporné múry, 
• gabionové gravitačné oporné múry.

Samonosné vystužené horninové konštrukcie, akými sú vystužené strmé svahy a vystužené oporné múry umiestnené v cestných a železničných násypoch zmenšujú ich objem a pôdorysnú plochu a znižujú tak záber pôdy. Tieto konštrukcie prenášajú celé zaťaženie od zemného tlaku, ktorý pôsobí na blok vystuženej zeminy. Do bloku vystuženej zeminy sa v prípade vystužených oporných múrov s označením GEOMUR® ukladajú vodorovné pásy tuhých integrálnych jednoosových geo­mreží z európskej produkcie. Geomury možno použiť pri výstavbe vystužených oporných múrov, vystužených mostných opôr a vystužených mostných krídel. Okrem geomurov existujú aj iné vystužené oporné systémy s tuhými integrálnymi geomrežami, napr.:

• oporný systém TW1,
• oporný systém MESA®.

Najnáročnejšou aplikáciou vystužených oporných systémov sú vystužené mostné opory. Týmto názvom sa označujú prípady, keď úložný prah mostu nie je založený na betónových pilótach alebo pilieroch, ale leží ako plošný základ priamo na bloku vystuženej zeminy.

Charakteristiky vystužených oporných systémov so sklonom líca do 90°
Samonosný a stabilný blok vystuženej zeminy sa obkladá betónovými tvárnicami a prefabrikátmi rôzneho tvaru a veľkosti alebo prvkami z iných materiálov. Povrch konštrukcie môže byť tuhý alebo poddajný, a to podľa typu, účelu a životnosti opornej konštrukcie. Spoľahlivé a dôveryhodné sú tie oporné konštrukcie, ktoré sú prepracované do ucelených konštrukčných systémov, obsahujú všetky potrebné súčasti a majú za sebou realizácie s preukázanou dlhodobou účinnosťou.

Dokumenty ku každému vystuženému opornému systému by mali obsahovať:

• certifikát oporného systému ako celku, vrátane overených jednotlivých častí systému a overeného spojenia geomreža/lícový prvok, (napr. na životnosť 100 rokov, systém so zvislým lícom v sklone 90°),
• rozmery a opis lícového prvku,
• typ a opis spojenia geomreža/lícový prvok,
• dlhodobú pevnosť spoja geomreža/lícový prvok,
• návrhovú dlhodobú ťahovú pevnosť spoja geomreža/lícový prvok,
• ťahové plastické tečenie geomreží stanovené na základe výsledkov dlhodobých ťahových skúšok,
• návrhovú dlhodobú ťahovú pevnosť geo­mreží,
• čiastkové materiálové súčinitele geomreží, ktoré vyjadrujú:

• max. dovolené pomerné predĺženie geo-­ mreže pre 2. medzný stav, a to na obdobie od ukončenia výstavby až do konca návrhovej životnosti konštrukcie 100 rokov,
• ťahové zaťaženie geomreží, pre predpísané maximálne hodnoty pomerného predĺženia po ukončení výstavby konštrukcie,
• technologický postup výstavby,
• prehľad typických realizácií charakteristických pre dané použitie.

Ak niektorý dokument, charakteristika, údaj alebo informácia z uvedeného prehľadu chýbajú, projektant, autorský dozor alebo zhotoviteľ vedome riskujú, že vystužený oporný systém nebude spoľahlivo a dlhodobo fungovať. 

V prípade oporných systémov treba zdôrazniť požiadavky na spoľahlivosť systémov spojenú s kvalitou jednotlivých častí systému. Dôraz na kvalitu oporných systémov však znehodnocuje prístup, ktorý spochybňuje potrebu kvalitných a spoľahlivých konštrukcií. Nepriamo je tento prístup viditeľný nielen na strane niektorých investorov, ktorí prísne nestanovia kvalitatívne kritériá a nepožadujú konkrétnu životnosť opornej konštrukcie, preukázanú výpočtom s dlhodobými charakteristikami jednotlivých komponentov, ale aj na strane autorského dozoru, ktorý často nepožaduje splnenie kvalitatívnych požiadaviek stanovených na oporný systém s dlhodobou životnosťou a na jeho jednotlivé časti. V dôsledku toho možno prakticky bez konkrétnej zodpovednosti postaviť akúkoľvek opornú konštrukciu, ktorá nevyhovuje z hľadiska dlhodobej funkčnej spôsobilosti a postačuje krátkodobá zmluvná záruka zhotoviteľa. Vtedy môže dôjsť k poruche opornej konštrukcie a ohrozeniu zdravia a životov osôb.

V minulosti, ale aj v súčasnosti sa ešte stále možno stretnúť s metódou „pokus – omyl/úspech“,  keď sa z rôznych výrobkov (vrátane geo­syntetiky), ktoré sa používajú na iný účel (alebo sa okopíruje konkurencia), poskladá oporná konštrukcia a až potom sa overuje vhodnosť a účinnosť konštrukcie, hľadajú sa spôsoby jej výpočtu a charakteristiky výrobkov, najmä geosyntetiky. Výsledkom potom môže byť oporná konštrukcia, ale je to konštrukcia, ktorá netvorí overený, ucelený, prepracovaný a v dôsledku toho spoľahlivý oporný systém. Ten môže vzniknúť len aplikovaním presne opačného postupu – na konkrétny účel, t. j.  „na mieru“ sa vyvinie oporný systém a jeho jednotlivé časti.

Tab. 1  Charakteristiky vystužených horninových konštrukcií z certifikátov BBA

O prepracovanosti a spoľahlivosti vystužených oporných systémov svedčí najmä to, či je systém ako celok certifikovaný. V tab. 1 je prehľad vybraných oporných systémov certifikovaných inštitúciou British Board of Agrément (1). Účinnosť systému závisí nielen od overenej a spoľahlivej dlhodobej funkčnosti jednotlivých častí oporného systému, ale aj od spolupôsobenia jednotlivých častí systému. V prípade vystuženej opornej konštrukcie so sklonom líca do 90° je dôležitá pevnosť spojenia geomreža/tvárnica (alebo iný lícový prvok). V tab. 1 vidieť, že certifikát na vystužený oporný múr so sklonom líca do 90° majú len dva systémy, jeden s tuhými integrálnymi geomrežami a druhý s polotuhými zváranými geomrežami. Pri porovnaní dlhodobej pevnosti spoja geomreža/betónová tvárnica, Tconn, je však medzi týmito dvoma systémami výrazný rozdiel. Pevnosť spoja polotuhej zváranej geomreže s tvárnicou je 8,6 kN/m, čo je len 24 % dlhodobej ťahovej pevnosti samotnej geomreže, Pc. Znamená to, že nízka tuhosť štruktúry a nízka pevnosť spojov pásikov polotuhej zváranej geomreže pravdepodobne spôsobuje nízku pevnosť spoja geo­mreža/tvárnica. To ovplyvňuje návrh, tvar a správanie oporného systému. Oproti tomu pevnosť spoja tuhej integrálnej geomreže s tvárnicou je 22,9 kN/m, čo predstavuje 77 % dlhodobej ťahovej pevnosti samotnej geomreže.

Nižšia pevnosť spoja geomreža/tvárnica spôsobuje zmenu polohy kritickej šmykovej plochy. Potom treba použiť dlhšie geomreže, čím sa konštrukcia predražuje.

Návrhová pevnosť spoja TDconn, ktorá sa používa vo výpočte, sa stanoví redukovaním hodnoty Tconn čiastkovými materiálovými súčiniteľmi, takže hodnota 8,6 kN/m (polo­tuhá zváraná geomreža) sa môže znížiť na 5,6 kN/m a hodnota 22,9 kN/m (tuhá integrálna geomreža) na 18,8 kN/m. 

Stojí za pozornosť, že certifikát nemá udelený žiadny oporný systém so sklonom líca do 90°, ktorý je vystužený ohybnými tkanými geomrežami.

Obr. 1	Obr. 2

Oporný systém TW1 
Vystužený oporný systém TW1 (ďalej len VOS TW1) je systém so sklonom líca 86º, ktorý sa skladá z pohľadových betónových tvárnic TW1 z lisovaného betónu a tuhých integrálnych jednoosových HDPE geomreží Tensar typ RE. Betónové tvárnice a geomreže sa vzájomne spájajú spojovacím konektorom (obr. 1 a obr. 2). Na návrh a posúdenie VOS TW1 sa používajú programy TensarWall, TensarSoil, Winwall a Winslope, ktoré sú v súlade s platnými slovenskými predpismi a normami. Oporný systém TW1 je samonosná oporná konštrukcia, ktorá prenáša dlhodobo nielen zaťaženie zo zemného tlaku, ktorý pôsobí na blok vystuženej zeminy, ale aj vonkajšie zaťaženie na povrchu konštrukcie (napr. zaťaženie od prevádzky na pozemnej komunikácii, dynamické zaťaženie od prechádzajúceho vlaku na železničnom telese a pod.).V udelenom certifikáte BBA č. 00/R122 sa stanovuje použitie oporného systému v oporných múroch a mostných oporách so sklonom väčším ako 80º s návrhovou životnosťou 120 rokov. Znamená to, že tento systém možno použiť aj vo veľmi náročných konštruk­ciách, napr. vo vysokých násypoch, ako mostné opory alebo mostné krídla v diaľničných a železničných stavbách (obr. 3). Vtedy môžu nahradiť klasické gravitačné oporné múry alebo železobetónové uholníkové múry, alebo gravitačné gabiónové oporné konštrukcie.

Záver
Oporné systémy vystužené geomrežami s tuhým lícom so sklonom do 90° sú technickou, technologickou a ekonomickou alternatívou monolitických betónových gravitačných alebo železobetónových oporných múrov a gravitačných gabiónových oporných konštrukcií. Možno ich použiť ako dočasné aj trvalé oporné konštrukcie so životnosťou až 120 rokov vo všetkých odboroch staviteľstva.

TEXT: Ing. Radovan Baslík, CSc.
FOTO: autor

Autor je dlhoročný špecialista v oblasti geosyntetiky. Na VÚIS v Bratislave sa podieľal na overovaní nových geosyntetických výrobkov, spolupracoval pri prvých návrhoch a aplikáciách geotextílií vo vystužených násypoch v Československu. Spolupracoval na vývoji a aplikácii domácich geodrénov. Podieľal sa na prvých aplikáciách tuhých geomreží vo vystužených oporných múroch, vystužených strmých svahoch, vystužených podkladových vrstvách a geobunkách na Slovensku. Je autorom a spoluautorom dvoch základných STN v oblasti geosyntetiky. Je členom medzinárodnej geosyntetickej spoločnosti IGS a pravidelne publikuje na svetových konferenciách o geosyntetike.

Literatúra:
(1)    Certifikáty British Board of Agrément č. 99/R109, 00/R122, 02/R130, 03/R133, 03/R136, 04/R137, 06/R140, 06/R141.

Clánok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.