Využitie vystužených konštrukcií pri výstavbe mostov a tunelov
Galéria(5)

Využitie vystužených konštrukcií pri výstavbe mostov a tunelov

Pri výstavbe mostných konštrukcií sa projektanti často stretávajú s problémom vybudovania krídel mostov v stiesnených podmienkach­ bez možnosti budovania prirodzených svahov. V posledných rokoch sa využívajú veľmi úspešne vystužené zemné konštrukcie z pohľadových­ prefabrikovaných betónových blokov. Takéto konštrukcie môžu dokonca tvoriť aj opory mostov. Vystužené konštrukcie sa využívajú nielen ako stabilizačné, ale aj estetické konštrukcie pri riešení portálových častí tunelov. Príspevok sa zaoberá vhodnosťou a možnosťami ich použitia.

Vystužená konštrukcia ako stabilizačný a estetický prvok
Veľmi častým problémom v praxi býva riešenie stabilizácie svahov okolo portálov tunelov a nad portálovými časťami. Svahy sú vysoké aj niekoľko desiatok metrov a zložito sa zabezpečujú pomocou klincov, torkrétu či železobetónových prahov. Na takto zabezpečený svah sa pre priestorové obmedzenie navrhuje konštrukcia prísypu (násypu), často v strmých sklonoch. Vtedy prichádzajú na rad rozličné technológie vystužovania pre svahy so sklonmi > 45°.

Príkladom použitia takejto technológie je tunel Branisko a jeho západný portál. Použila sa tu staršia kombinovaná technológia s lícovým prvkom, separátne spájaným s horizontálnou oceľovou výstužou priamo na stavbe. Pri výstavbe druhého významného tunela Sitina na stavbe D1 Lamačská cesta – Staré Grunty v Bratislave pristúpili projektant a investor k použitiu nového systému Green Terramesh, ktorý prácu výrazne urýchlil. Vďaka jeho flexibilite sa vyriešila geometrická náročnosť celej konštrukcie.

Systémy Green Terramesh so zeleným zatrávneným lícom alebo Terramesh Systém s kamenným gabionovým lícom sú zaujímavé technológie, ktoré spájajú v jednom konštrukčnom prvku lícnu časť a zároveň výstužnú horizontálnu časť.

Pôvodným riešením boli železobetónové múry, no investor sa rozhodol pre zelené svahy. Z toho dôvodu sa z hľadiska pomerov a geometrie svahy museli realizovať ako vystužené so strateným lícom na zabezpečenie zazelenania. Riešením bolo využitie systému Green Terramesh, ktorý predstavuje prefabrikovaný prvok z dvojzákrutovej poplastovanej oceľovej siete, pričom táto kontinuálne prechádza z horizontálnej výstuže do lícnej časti a tvorí tzv. obalované líce.

V systéme sú zabudované výstužné panely čelnej časti a prefabrikované podpery podľa sklonu čela, ako aj kokosová rohož potrebná na zazelenanie. Dĺžky výstužných sietí pre jednotlivé priečne rezy sa stanovili statickým výpočtom. Pri problematických častiach násypu sa časti systému jednoducho zastrihli, prípadne zahli. Svah sa mohol budovať bez lešení a debnenia, pretože systémové prvky tvoria kvázi stratené debnenie.

Pri dobudovaní bol systém na oboch portáloch (sever, juh) zabezpečený hydroosevom. Pevnosť vlastnej dvojzákrutovej siete použitej v prefabrikáte je závislá od použitého materiálu, ktorým bola oceľová dvojzákrutová sieť. Priemer siete je 2,7/3,7 mm s dlhodobou ťahovou pevnosťou 39 kN/m. Dĺžky výstuží sa určili rozlične podľa jednotlivých výšok a priečnych rezov, priemerne to bolo 5 m. Výšky blokov sú 0,58 m.

Obr. 1, 2: Zabezpečenie svahu tunela Branisko – vystužený svah

Zvislé prefabrikované vystužené systémy pre krídla a opory mostov
Vyhotovenie rámp a opôr mostov, ako aj ďalších múrov mostných konštrukcií podlieha požiadavke na zvislé konštrukcie. Tieto môžu mať rozličnú funkciu. Okrem toho, že riešia problémy s hranicami pozemku, tvoria aj reálnu platformu na založenie mostnej opory. Vystužené konštrukcie z prefabrikovaných betónových blokov sú zložené z dvoch základných prvkov – čelných prefabrikátov a výstužných horizontálnych prvkov. Lícové prefabrikáty môžu mať rozličný tvar, veľkosť aj rozmer, ale detaily sú väčšinou know-how jednotlivých výrobcov. Ako horizontálne výstužné prvky slúžia oceľové pásy, geosyntetické pásy alebo geosyntetické mreže. Kombinácia čelných prvkov a horizontálnych častí je aj tu variabilná. 

Konštrukcie z lícových panelov vystužených geosyntetickou či oceľovou páskou majú výhodu rýchlejšieho budovania, čo je dané väčšími rozmermi panelov – spravidla 2 až 2,5 m2. Segmentové prvky zase v niektorých prípadoch umožňujú väčšiu variabilitu tvaru konštrukcie (menšie polomery oblúkov a podobne). 

Dôležitým faktorom na výber zvislej vystuženej konštrukcie je správanie sa jednotlivých druhov konštrukcií v čase a ich citlivosť na deformácie (2. medzný stav). Odporúčaná tolerancia pre rovinatosť líca konštrukcií z lícnych panelov je ±25 mm, rozdiely v sadaní ~0,5 až 1 % v závislosti od pomeru výšky a šírky panelov.

Stlačiteľnosť je ~1 %. Vďaka ukladaniu stlačiteľných podložiek medzi jednotlivé panely je tento systém odolný proti rozdielnym sadaniam v pozdĺžnom aj priečnom smere. Systém je charakterizovaný ako polotuhý s kĺbovým usporiadaním.

Konštrukcie zo segmentových (malých) blokov majú odporúčanú toleranciu pre rovinatosť líca ±50 mm. Rozdiely v sadaní sú  ~0,5 % a stlačiteľnosť je ~0 %. Takýto systém má obmedzenú odolnosť proti rozdielom sadania v pozdĺžnom smere a veľmi malú možnosť pohybu medzi lícom a výstužou. Je považovaný za tuhý systém.

Systémy sa zvyčajne uplatňujú ako opory mostov alebo zmiešané opory, podobne aj ako krídla mostov a zvislé múry v obmedzených podmienkach. Často sa využívajú v intravilánoch na veľkých mimoúrovňových križovaniach.


Obr. 5: Základné typy vystužených konštrukcií podľa sklonu
a – oporný múr, b – opora mosta, c – zmiešaná opora

Stavba Prešovská – Sečovská v Košiciach je vhodným príkladom použitia vertikálneho vystuženého múru s lícovými prefabrikátmi väčších rozmerov. Požiadavka investora a miestne obmedzenia (hranica súkromného pozemku), nedovoľovali budovanie prirodzených svahov. Projektant po zvážení možností vyberal medzi klasickým železobetónovým múrom a vystuženou konštrukciou.

Pre výber vystuženej konštrukcie zavážilo niekoľko dôležitých faktov, ako rýchlosť výstavby, nižšia prácnosť a ekonomika stavby. V nemalej miere rozhodla aj skutočnosť, že táto konštrukcia je flexibilnejšia ako klasický múr a pri šírke založenia základovej škáry má nižšie nároky na únosnosť podložia. Projektant vybral konštrukciu MACRES zloženú z pohľadových prefabrikátov s rozmermi 1 500 × 1 500 × 140 mm. Panely majú zabudované úchyty na geosyntetické PES/PE pásy ParaWeb, ktoré tvorí horizontálna výstuž. Na podporu flexibilnejšieho správania konštrukcie sa medzi jednotlivé panely vkladali špeciálne gumené podložky.

Navrhnutá konštrukcia má výšku od 3 do 6 m a tvorí nájazdovú rampu na most. Na základe statických výpočtov (vnútorná stabilita, celková stabilita, posúdenie proti posunutiu a preklopeniu, únosnosť základovej škáry) sa stanovili jednotlivé dĺžky geosyntetických pásov PARAWEB od 4,5 po 5,0 m. Stanovila sa jednotná krátkodobá pevnosť pásov 36 kN pre jeden pás – typ (2D 36). Pri výpočte sa musela zvážiť návrhová životnosť konštrukcie, pre ktorú sa dimenzovali aj výstuže. Musela sa stanoviť frakcia a kvalita násypového materiálu, z ktorej boli stanovené redukčné súčiniteľe proti mechanickému poškodeniu výstuže a chemickému poškodeniu. V súčasnosti je stavba múru dokončeila a dala do prevádzky.

Záver
Príspevok uvádza prehľad konštrukčných typov a riešení múrov v geotechnickej praxi pri budovaní konštrukcií mostov a tunelov. Vystužené konštrukcie sa v súčasnosti stali neoddeliteľnou časťou stavieb a vyžadujú si pozornosť. Majú zvýšené požiadavky na estetickú stránku, pretože sa často nachádzajú v intravilánoch miest a obcí. Nie každá konštrukcia však môže byť pre dané riešenie vhodná. Veľmi dôležité je poznať vlastnosti jednotlivých typov konštrukcií, ich limity a dlhodobé správanie vo vzťahu k deformáciám a na základe týchto informácií navrhovať kvalitné a funkčné riešenia.

RNDr. Branislav Prelovský
Foto: Eurogabions, s. r. o.

Branislav Prelovský je technický riaditeľ spoločnosti Eurogabions, s. r. o.

Literatúra
1. Branislav Prelovský: Aktuálne problémy a riešenia stability oporných vystuženýchkonštrukcií – tri rôzne pohľady na konkrétny návrh a realizáciu stavby. In: Konferencia Geotechnika 2008, Vysoké Tatry, 2008.
2. STN EN 14 475: Vykonávanie špeciálnych geotechnických prác. Vystužené zemné konštrukcie.
3. Design manual for MACRES System, Archív spoločnosti Maccaferri.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.