Strmé násypy budované systémom vystužených zemných konštrukcií Green Terramesh, stavba D48 MÚK Bělotín – Rybí, I. etapa

Vystužené zemné konštrukcie majú v súčasnosti nesmierne výhody pri budovaní strmých násypov, oporných múrov či mostných opôr. Článok sa zameriava na systém vystužených zemných konštrukcií so zeleným lícom Green Terramesh, ktorý bol vo veľkej miere použitý pri budovaní zemného telesa na stavbe D48 Bělotín – Rybí, I. etapa.

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

V mnohých prípadoch je vzhľadom na priestorové usporiadanie, trvalé zábery alebo existujúce objekty nevyhnutné pristúpiť k výstavbe oporných konštrukcií, ktoré sa v súčasnosti vo veľkej miere realizujú ako vystužené zemné konštrukcie.

Z technologického hľadiska rozdeľujeme vystužené zemné konštrukcie na tri základné typy podľa použitého lícového prvku:

• konštrukcie so zeleným a kamenným lícom, ktoré predstavujú poddajné líce;
• konštrukcie s betónovými panelmi v líci po čiastočnú výšku, ktoré predstavujú polotuhé líce;
• konštrukcie s betónovými tvarovkami v líci, ktoré predstavujú systémy s tuhým lícom.

Typ lícového prvku neplní len estetickú funkciu, ale vzhľadom na tuhosť, resp. poddajnosť je jedným z kľúčových faktorov pri návrhu vystužených zemných konštrukcií. Z hľadiska údržby sa systémy rozdeľujú na údržbové a bezúdržbové.

V posledných rokoch sa tieto typy konštrukcií veľmi často používajú najmä v dopravnom staviteľstve, pretože zúčastneným stranám poskytujú významné výhody a predstavujú veľmi vhodnú alternatívu k tradičným gravitačným konštrukciám, ako sú gabionové alebo betónové múry.

Uplatnenie nachádzajú aj v pozemnom staviteľstve, čo sa v súčasnosti stáva trendom najmä z vizuálneho a environmentálneho hľadiska.
Medzi hlavné výhody vystužených zemných konštrukcií v porovnaní s tradičnými gravitačnými konštrukciami patria:

• znížené nároky na zakladanie,
• využitie lokálneho materiálu,
• hospodárnosť návrhu,
• priaznivejšie rozloženie napätia v konštrukcii,
• nízka uhlíková stopa (vďaka použitiu lokálnych materiálov),
• možnosť realizácie v zimnom období,
• rýchlosť výstavby,
• široká ponuka riešení.

Green Terramesh – systémový prvok na vystužovanie zemín so zeleným lícom

Green Terramesh (obr. 1) sú systémové prvky určené na vystužovanie zemín a vytváranie strmých svahov. Prvky tvorí jeden blok, ktorý spája výstužnú funkciu a zároveň zabezpečuje stabilitu a zazelenený vzhľad čela svahu. Skladá sa z vodorovného výstužného panelu, líca a vrchného panelu (veka).

Vodorovnú výstuž nosného prvku možno z technického aj ekonomického hľadiska vyrábať do dĺžky 6 m so sklonom líca 45° až 70°, pričom vrchný panel má dĺžku 0,65 m. Táto nosná časť prvku je z jedného kusa oceľovej siete typu 8 × 10 so šírkou 3 m a s povrchovou ochranou drôtu ZnAl vrátane dodatočnej polymérnej ochrany. Použitý drôt má hrúbku 2,7/3,7 mm (vnútorný/vonkajší) alebo v prípade ekonomickejšieho variantu 2,2/3,2 mm (vnútorný/vonkajší) – v tomto prípade ide o prvok Green Terramesh Light.

Sklon konštrukcie zabezpečujú vopred osadené trojuholníkové podpery a 4 kusy oceľových spôn. V líci je na zabezpečenie tuhosti osadený zváraný panel s priemerom drôtu 8 mm, ktorý výrazne pomáha eliminovať vydúvanie líca konštrukcie. Na zváranom paneli je umiestnená protierózna rohož na stabilizáciu humóznej zeminy pre následný hydroosev, čím sa zo systému Green Terramesh vytvára zelený svah.

Vzhľadom na to, že konštrukcia býva štandardne umiestnená v blízkosti komunikácií, na ktorých sa vykonáva údržba pomocou rozmrazovacích prostriedkov, musí byť podľa TKP 31 posudzovaná ako konštrukcia vystavená silným účinkom rozmrazovacích solí – prostredie minimálne triedy C4. Okrem toho je potrebné zohľadniť aj negatívne účinky pôdneho prostredia, najmä v prípade použitia zemín zlepšených hydraulickými spojivami, ktoré majú veľmi nepriaznivý vplyv z hľadiska chemickej a biologickej degradácie, predovšetkým z pohľadu hydrolýzy.

Na zabezpečenie požadovanej životnosti 100 rokov sú všetky statické časti systému Green Terramesh vyrobené z oceľovej siete, ktorá je opatrená protikoróznou ochranou tvorenou zliatinou ZnAl a doplnkovou polymérnou ochranou so zvýšenou odolnosťou proti mechanickému poškodeniu a zvýšenou priľnavosťou k oceľovému drôtu.

Vďaka tejto konfigurácii povrchovej ochrany má systém jedinečné vlastnosti, ktoré zabezpečujú ochranu počas montáže aj celej životnosti konštrukcie.
V prípade potreby väčšej výstuže ako 6 m možno lícový prvok kombinovať s výstužnými geomrežami MacGrid a ParaGrid alebo s vysokopevnostnými geomrežami ParaLink.

Systém Green Terramesh predstavuje certifikovaný modulárny systémový prefabrikovaný prvok, ktorý spĺňa všetky požiadavky predpisov TKP 31, ako aj ostatných príslušných noriem. Medzi jeho hlavné výhody patrí aj jednoduchá a rýchla montáž.

Hlavné požiadavky na systémy vystužených zemín so zeleným a kamenným lícom podľa TKP 31 a príslušných noriem

Vzhľadom na význam a trvanlivosť musí byť každá vystužená zemná konštrukcia uceleným konštrukčným systémom. Spojovací systém medzi lícovým prvkom a výstužou musí byť certifikovaný. Dodávateľ je povinný deklarovať parametre krátkodobej a dlhodobej ťahovej pevnosti spoja vodorovnej výstuže a lícového prvku.
Všetky konštrukcie, pri ktorých sa vykonáva zimná údržba pomocou rozmrazovacích prostriedkov, musia byť posudzované ako konštrukcie vystavené silnému účinku rozmrazovacích solí – prostredie minimálne triedy C4.

V prípade použitia zemín zlepšených hydraulickými spojivami musia byť všetky nosné prvky chránené proti chemickej a biologickej degradácii, predovšetkým z hľadiska hydrolýzy.

Všetky statické komponenty musia spĺňať požiadavky na minimálnu návrhovú životnosť 100 rokov. Požaduje sa povrchová ochrana oceľových sietí zliatinou ZnAl, trieda A, a doplnková polymérna ochrana so zvýšenou priľnavosťou k oceľovému drôtu.

Z dôvodu obmedzenia vydúvania líca konštrukcie sa požaduje minimálny priemer drôtu zváranej siete v líci 5 mm.

V prípade svahu, ktorého líce je obalené geomrežou so statickou funkciou, musí dodávateľ preukázať jej odolnosť proti UV žiareniu a poveternostným vplyvom počas celej plánovanej životnosti, keďže nie je možné zabezpečiť úplnú ochranu pred týmito vplyvmi.

Vďaka konfigurácii povrchovej ochrany má systém jedinečné vlastnosti, zabezpečujúce ochranu počas montáže aj celej životnosti konštrukcie.

Vystužené strmé násypy na D48 múk Bělotín – Rybí, I. Etapa, Česká republika

Investorom predmetného projektu je Ředitelství silnic a dálnic, generálnym zhotoviteľom stavby spoločnosť COLAS CZ, a.s., a projektantom realizačnej dokumentácie stavby spoločnosť Vysplan s.r.o.

V rámci výstavby D48 boli pre stavebné objekty „SO 101 Cesta R48 km 0,864 – 4,763, časť Zemné teleso“ a „SO 103.A Cesta R48 km 9,600 – 21,900, časť Zemné teleso“ vzhľadom na stiesnené priestorové podmienky použité vo veľkej miere strmé svahy realizované systémom vystužených zemných konštrukcií Green Terramesh (Obr. 2). V oboch prípadoch ide o rozšírenie existujúceho zemného telesa, ktoré je prepojené s novou konštrukciou násypu pomocou prekladaného zazubenia.

Z dôvodu vyššej koncentrácie zaťaženia a zvýšeného kontaktného napätia, ako aj s cieľom obmedziť sadanie nového násypu, bolo podložie pod vystuženou zemnou konštrukciou upravené pomocou štrkových pilierov s priemerom 0,8 m v trojuholníkovom umiestnení v rastri 2,0 m, alebo pomocou vystuženej geodosky.
Nadnásypy vystužených zemných konštrukcií sú zrealizované v sklone
1 : 2 a sú opatrené protieróznou georohožou MacMat R1 005.

Medzi úseky, kde je použitá vystužená zemná konštrukcia Green Terramesh s priemernou výškou cca 4,5 m, patria:
SO 101

• km 2,938 16 – 2,980 00 vpravo, dĺžka 42 m
• km 3,014 95 – 3,188 60 vpravo, dĺžka 174 m
• km 3,234 30 – 3,955 72 vpravo, dĺžka 723 m
• km 4,158 43 – 4,248 81 vpravo, dĺžka 120 m
• km 4,201 33 – 4,249 17 vľavo, dĺžka 48 m

SO 103.A

• km 13,088 00 – 14,414 79 vpravo, dĺžka 312 m
• km 13,445 53 – 13,508 35 vpravo, dĺžka 63 m
• km 14,062 16 – 14,195 95 vpravo, dĺžka 138 m
• km 14,291 03 – 14,427 04 vpravo, dĺžka 141 m
• km 17,179 02 – 17,730 04 vpravo, dĺžka 552 m

V prípade vystužených strmých násypov stavby D48 boli použité systémové prvky Green Terramesh so sklonom líca 65° a s dĺžkou výstuže 3 m. Na výstavbu sa použila kombinácia prvkov Green Terramesh s drôtom s priemerom 2,7 mm a pevnosťou siete 50 kN/m a prvkov Green Terramesh Light s drôtom s priemerom 2,2 mm a pevnosťou siete 35 kN/m. Lícové prvky z dvojzákrutovej siete sa kombinovali s výstužnými geomrežami MacGrid WG 8 s pevnosťou 80 kN/m, ktoré boli umiestňované v každej druhej vrstve lícového prvku. Dĺžka geomreží bola premenná – od 5 do 8 m v závislosti od výšky konštrukcie a statického posúdenia.

V niektorých úsekoch vystuženého násypu je situovaná protihluková stena, ktorej stĺpy sú založené na pilótach. V prípade kolízie pilóty s výstužnou geomrežou bol do geomreže vystrihnutý otvor pre dodatočné vŕtanie pilóty, čo sa zohľadnilo aj v statickom posúdení.

Neoddeliteľnou súčasťou vystuženého strmého násypu je kvalitný zásypový materiál. Násyp bol zhotovený zo zásypovej zeminy hutnenej na ID = 0,85, zeminového charakteru G3 G-F (štrk s prímesou jemnozrnnej zeminy), frakcie 0 – 22 mm, pri dodržaní podmienok hutnenia, t. j. Edef,2 = 80 MPa, pomer Edef,2/Edef,1 < 2,5. V rámci uloženia jedného modulového prvku Green Terramesh s výškou 0,73 m sa realizujú dve vrstvy hutnenia. Minimálny požadovaný deformačný modul podložia je
Edef,2 = 45 MPa, Edef,2/Edef,1 < 2,5.

Vystužené zemné konštrukcie sú svojím konštrukčným systémom navrhnuté tak, aby aktívne prispievali k prenosu dopravného zaťaženia. Lícový prvok z dvojzákrutovej siete poskytuje spolu s výstužnou geosyntetikou potrebnú štrukturálnu integritu a zároveň zabezpečuje efektívne rozloženie napätia v konštrukcii a pod ňou. Medzi hlavné súvisiace návrhové normy a predpisy patria Eurokód EN 1997-1.

Pri návrhu sa stretávame od menej náročných zaťažení (napríklad pri návrhu cyklotrás) cez zaťaženia pri cestnej a železničnej doprave až po zaťaženia od priamo založených mostných opôr. Tieto účinky, zohľadňujúc výšku konštrukcie a typ zásypového materiálu, predstavujú vstupné údaje na analýzu konštrukcie, z ktorej na ňu vyplynú rôzne materiálové nároky. Veľkou výhodou systému Green Terramesh je jeho variabilita pri návrhu, ktorá spočíva vo výbere, resp. návrhu typu dvojzákrutovej siete (Green Terramesh / Green Terramesh Light) a výstužnej geosyntetiky z hľadiska pevnosti a dĺžky. To tvorí základ návrhu konštrukcie a zabezpečuje optimálne a efektívne riešenie v každej situácii.

Tento typ montovanej konštrukcie možno realizovať prakticky celoročne, a to aj pri nižších teplotách či nepriaznivom počasí.

V súčasnosti možno na analýzu tohto typu konštrukcie využiť dostupné softvéry ako napríklad GEO 5. Medzi základné posudky patria:

• Preklopenie a posunutie konštrukcie
• Posunutie po výstuži
• Únosnosť podložia
• Vnútorná stabilita – pretrhnutie a vytiahnutie výstuží, únosnosť spoja
• Globálna stabilita

Systémy s kamenným lícom Terramesh Mineral

V prípade požiadavky na bezúdržbové líce, resp. v prípade, že sú svahy orientované na južnú alebo západnú stranu, kde sa predpokladá obmedzený rast vegetácie, možno namiesto humóznej zeminy umiestniť do líca kamennú výplň.
Na tento účel je líce systému Green Terramesh upravené – zváraný panel z čiernej ocele je nahradený zváraným panelom s menším okom, aby umožnil výplň líca drobnejším kamenivom (obr. 7).

Nosným systémovým statickým prvkom výstužných blokov Mineral Terramesh je šesťuholníková dvojzákrutová oceľová sieť typu 8 x 10 s oceľovým drôtom s priemerom 2,7/3,7 mm (vnútorný/vonkajší) s povrchovou ochranou Zn-10 %Al a doplnkovou polymérnou ochranou podľa STN EN 10223-3 a TKP 31.
V líci konštrukcie je osadený panel zo zváranej siete typu 50 × 50 × 5 mm pre kamenivo frakcie 63/125 alebo
25 × 100 × 5 mm pre kamenivo frakcie 32/63. Zváraný panel má povrchovú ochranu Zn-10 %Al a vo výrobnom procese je pevne spojený s panelom z dvojzákrutovej siete.
Na zabezpečenie sklonu svahu sú v bloku pripevnené trojuholníkové podpery z tyčových prvkov. Sklon čela systému sa pohybuje v rozmedzí od 65 do 80°.

Záver

Spotreba umelých materiálov potrebných na výstavbu vystužených zemných konštrukcií je v porovnaní so štandardnými gravitačnými múrmi minimálna. Na rozdiel od tradičných konštrukcií, ktoré si vyžadujú mokré procesy, možno tento typ montovanej konštrukcie realizovať prakticky celoročne, a to aj pri nižších teplotách či nepriaznivom počasí.

V neposlednom rade si tieto konštrukcie zvyčajne nevyžadujú hĺbkové zakladanie, čo predstavuje ďalšiu významnú časovú a ekonomickú úsporu.
Je tak zrejmé, že priestor pre inovácie a optimalizáciu technických riešení existuje, a to nielen v samotných projektoch, ale aj v procese výstavby. Je však nevyhnutné, aby sa tieto inovácie aj aktívne uplatňovali s cieľom dosiahnuť efektívnu a udržateľnú dopravnú infraštruktúru.

Text: Ing. Jaroslav Adamec, technický riaditeľ MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s.r.o., Ing. Martin Hanuštiak, projektový inžinier MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s.r.o.
Foto: MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s.r.o.

Referencie
1. J. Adamec, M. Hanuštiak, P. Čmiel: Strmé násypy budované systémom vystužených zemných konštrukcií Green Terramesh, Stavba D48 MÚK Bělotín – Rybí, I. etapa. Magazín Silnice Železnice 04/24.
2. Interná dokumentácia a portfólio MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s.r.o.
3. Realizačná dokumentácia stavby D48 MÚK Bělotín – Rybí. VYSPLAN s.r.o. a ENVIROAD s.r.o., 2021.
4. Fotodokumentácia MACCAFERRI CENTRAL EUROPE s.r.o., Colas CZ, a.s.

Článok bol uverejnený v časopise IS 3/2025