Oporný systém v extrémnych podmienkach

Od roku 2006, keď sa oporný systém Geomur-TW1 prvý raz použil na Slovensku, sa realizovalo viac ako 30 týchto systémov. Ide o certifikovaný oporný systém, ktorý sa skladá z pohľadových plných betónových tvaroviek Tensar TW1 s ozubom a drážkou a tuhých monolitických jednoosových HDPE geomreží Tensar, typ RE a RE 500, ktoré sa vzájomne spájajú syntetickým priebežným konektorom.

Certifikovaný oporný systém Geomur-TW1 ako vystužený oporný múr je oporná konštrukcia overená na veľkom množstve stavieb na Slovensku a vo svete. Je to konštrukcia vhodná na použitie aj v extrémnych podmienkach. Geomur-TW1 sa použil pri vyrovnávaní terénnych nerovností, tvorbe terás a záhrad okolo rodinných domov, v kontakte s vodnými tokmi, v telesách násypov pozemných komunikácií v členitom horskom teréne alebo pri plošnom zakladaní krajných mostných opôr, ako sú vystužené mostné opory a vystužené mostné krídla.

Charakteristika oporného systému
Najdôležitejšími charakteristikami systému Geomur-TW1, ktoré rozhodujú o jeho dlhodobej a spoľahlivej účinnosti počas celej životnosti, sú:

• jednotlivé časti oporného systému (tvarovka, konektor a geomreža), špeciálne vyvinuté pre tento oporný systém,
• originálne spojenie plná tvarovka – kontinuálny konektor – tuhá geomreža.

Na povrchu konštrukcie sa nachádzajú tvarovky TW1, ktoré tvoria pohľadovú plochu. Majú originálny tvar (vonkajšie rozmery, tvar drážky a ozubu), plný betónový prierez a spôsob prenosu zaťaženia pôsobením zemného tlaku. Tvarovky sú z lisovaného betónu a sú plné, čím sa odlišujú od iných tvaroviek s otvormi. Základové tvarovky majú spodnú plochu vodorovnú a v hornej ploche je drážka. Štandardné tvarovky majú drážku a ozub. Drážka a ozub majú taký tvar, že po dotlačení hornej tvarovky k spodnej sa fixuje ich poloha a dosiahne sa sklon líca konštrukcie 86 stupňov. Súčasne sa prenáša zaťaženie vplyvom tlaku zeminy na rub hornej tvarovky do spodnej tvarovky z oblasti medzi dvomi geomrežami. Tento spôsob prenosu zaťaženia sa vďaka tvaru tvaroviek zásadne odlišuje od prenosu zaťaženia medzi tvarovkami bodovo spájanými krátkymi zvislými kolíkmi, ktoré sú namáhané na strih.

Ako syntetická výstuž sa do bloku vystuženej zeminy ukladajú vodorovné pásy tuhých monolitických jednoosových HDPE geomreží Tensar, typ RE a RE500. Na geomrežiach je originálny:

• spôsob výroby (originálny, patentovaný – razenie otvorov do pásu fólie a následné predpínanie za tepla),
• tvar spoja v štruktúre geomreže (monolitická štruktúra),
• vysoký pomer dlhodobej ťahovej pevnosti a hmotnosti (dôkaz vysokej kvality polyméru HDPE a maximálneho využitia jeho pevnosti pri nízkej hmotnosti).

Geomreže majú na základe dlhodobých ťahových skúšok stanovené hodnoty dlhodobej ťahovej pevnosti (plastického tečenia) Tcr na 120 rokov, ktoré sa uvádzajú v certifikáte BBA č. 99/R109, PS1.

Špecifickým prvkom oporného systému je modrý syntetický konektor originálneho tvaru. Konektor sa vkladá do drážky v tvarovkách v úrovni, kde sú geomreže. Ukladá sa priebežne tak, že v drážke tvorí nekonečný pás. Konektor sa navlieka na priečne rebro geomreže a po jej napnutí sa pritláča na zadnú zvislú stenu drážky. Po priložení hornej tvarovky sa fixuje v tejto polohe. Osová vzdialenosť medzi „háčikmi“ konektora sa zhoduje s osovou vzdialenosťou otvorov geo­mreže, takže konektor zachytáva priečne rebro geomreže v každom otvore.

Aby sa mohlo hovoriť o systéme, všetky jeho časti musia mať znaky systému. Nemôže to byť súbor náhodne skombinovaných vzájomne tvarovo a funkčne nezávislých častí. Geomur-TW1 sa vyvíjal ako systém a tak aj pracuje. Jeho jednotlivé časti sa tvarovali a zostavovali tak, aby vzájomne spolupôsobili. Rozhodujúcou časťou systému Geo­mur-TW1 je spojenie tvarovka – konektor – geo­mreža. Oporný systém sa charakterizuje dlhodobou pevnosťou spoja Tkon (kN/m), ktorá sa tiež uvádza v certifikáte BBA č. 99/R109, PS2. Pevnosť spoja je rovnaká po celej výške múra.

Geomreža sa v opornom systéme Geomur-TW1 namáha v priečnom smere rovnomerne, pretože sa priečne rebro geomreže zachytáva v spoji tvarovka – konektor – geo­mreža v každom otvore geomreže. Znamená to, že na 1 m´ múru je toľko záchytných bodov, koľko je otvorov geomreže. Touto charakteristikou sa Geomur-TW1 odlišuje od iných systémov, kde sa geomreža navlieka na kolíky umiestnené vo väčšej vzdialenosti od seba. Vtedy vznikajú v geomreži, na mieste kolíkov, koncentrované napätia, ktoré môžu prekročiť návrhovú ťahovú pevnosť v geo­mreži uvažovanú na 1 m´ múru.

Problematické podložie
Problémy nastávajú v prípade, keď je podložie premenlivé, málo únosné, keď sa na povrchu územia vyskytujú navážky alebo keď je povrch terénu príliš strmý.

Vystužené oporné konštrukcie s malými betónovými blokmi na líci, ako je aj oporný systém Geomur-TW1, sú schopné prenášať väčšie nerovnomerné deformácie podložia v porovnaní s tuhými opornými konštrukciami. Ich pozdĺžna a priečna poddajnosť je približne 0,5 %. Napriek určitej schopnosti prenášať nerovnomerné sadania sa v prípade problematického podložia musí vždy posúdiť a prípadne zvýšiť únosnosť v základovej škáre a znížiť nebezpečenstvo nerovnomerného sadnutia podložia na požadované hodnoty. Vtedy sa pristupuje k úprave podložia. Možno buď použiť Geodosku položenú priamo na podložie, na betónové pilóty alebo štrkové piliere, alebo podložie zlepšiť iným spôsobom, napríklad dynamickou konsolidáciou (ťažké ubíjanie).

Pri doterajších aplikáciách na Slovensku väčšinou postačovala Geodoska vystužená jednou alebo dvomi vrstvami dvojosovej alebo trojosovej geomreže Tensar. Na obr. 1 je ukážka zo Slovenska z projektu trojnásobne vystuženej Geodosky pod vystuženou mostnou oporou.

Obr. 1 Vystužená mostná opora položená na Geodosku

Extrémne zaťaženie
V krajinách, kde sa často vyskytujú zemetrasenia, sa intenzívne skúma vplyv seizmických účinkov na vystužené horninové konštrukcie. Publikované výsledky laboratórnych a terénnych meraní dokazujú, že vystužené oporné horninové konštrukcie lepšie znášajú seizmické zaťaženie ako tuhé oporné konštrukcie. Po zemetrasení v Japonsku v roku 1995 ostali vystužené konštrukcie stabilné a funkčné, aj keď čiastočne zmenili svoj tvar.

Za extrémne zaťaženie možno považovať zaťaženie vystuženej opornej konštrukcie v železničnom telese od železničnej dopravy. Pri stanovení zaťaženia železničných mostov podľa STN EN 1991-2 sa uvažuje príslušný zaťažovací model a roznos zaťaženia na požadovanú šírku. Zaťaženie železničnou dopravou je dôležité nielen veľkosťou statického účinku, ale najmä dynamickými účinkami, ktoré zaťažujú každú časť konštrukcie vrátane lícového opevnenia konštrukcie. Dynamické účinky sú mimoriadne dôležité z dlhodobého hľadiska, pretože ich pôsobením sa môže priebežne meniť stav železničného telesa a opornej konštrukcie. Dlhodobé účinky dynamického zaťaženia železničnou dopravou majú vplyv na výber typu geomreží z hľadiska ich tuhosti (tuhé, polotuhé, ohybné), typu lícového opevnenia (tuhé, poddajné) a spôsobu spojenia geomreža – konektor – lícové opevnenie (priebežné, bodové).

V tab.1 sa uvádza hodnotenie vybraných charakteristík vystuženého oporného systému z hľadiska jeho vhodnosti do železničného telesa. Vidieť, že ohybné geomreže a poddajné lícové opevnenie vnášajú do vystuženej opornej konštrukcie použitej v železničnom telese nekontrolovateľné riziko. V prípade poddajných častí oporného systému (lícové opevnenie aj geomreže) je rizikové a nejasné ich dlhodobé správanie, ktoré môže mať významný vplyv na dlhodobú a spoľahlivú funkčnosť opornej konštrukcie a celého železničného telesa. Časom sa môže meniť tvar poddajného lícového opevnenia (napríklad obaľované, z kovovej sieťoviny alebo gabiónov), môže sa deformovať povrch opornej konštrukcie, čo vyvolá deformácie koruny železničného telesa a samotného železničného telesa. Z uvedených dôvodov je vhodnejšie používať vystužené oporné konštrukcie s tuhými prvkami na líci aj vnútri konštrukcie.

Osobitným zaťažením je voľná, tečúca voda na líci konštrukcie. O tom, že oporný systém Geomur-TW1 spoľahlivo odoláva hydrodynamickým účinkom prúdiacej vody svedčí rad realizácií. Na obr. 2 je vystužený oporný múr s tvarovkami TW1 na líci v Blackburne v Spojenom kráľovstve na brehu miestnej rieky. Ak je systém Geomur-TW1 v kontakte s vodným tokom, prispôsobuje sa založenie lícového opevnenia a bloku vystuženej zeminy, upravuje sa päta múru a zohľadňuje sa kolísanie vodnej hladiny pred múrom a zmeny polohy hladiny vody za rubom tvaroviek.

Na Slovensku sa realizovali tri oporné múry Geomur-SP so stredne veľkými prefabrikátmi na líci vystužené geomrežami Tensar, na rýchlostnej ceste R1 Žarnovica – obchvat. Tieto múry sú súčasťou rozšíreného cestného násypu, pričom päta múru je nielen blízko koryta rieky Hron, ale je aj pod úrovňou 100-ročnej hladiny vody.

Medzi extrémne zaťaženia patrí aj zaťaženie mostnou konštrukciou v prípadoch, keď sa krajná mostná opora zakladá na bloku vystuženej zeminy, a nie hĺbkovo na pilótach. Vtedy musí blok vystuženej zeminy spolu s lícovým opevnením prenášať celé zaťaženie mostnou konštrukciou a mostnou oporou do podložia. O vhodnosti oporného systému Geomur-TW1 ako vystuženej mostnej opory a vystužených mostných krídiel svedčí rad realizácií vo svete a dosiaľ prvá realizácia na Slovensku na diaľnici D1 Važec – Mengusovce pri Tatranskej Štrbe [1].

Zložité tvary Geomuru-TW1
Výber možných tvarov oporného systému Geomur-TW1 v pohľade (veľký sklon terénu, odstupňovaná základová škára, sklon koruny múru), pôdoryse (rohy a oblúky) a priečnom reze (celková výška, počet stupňov múru) je pestrý a poskytuje projektantom a investorom veľké možnosti. Ako príklad môže slúžiť preložka cesty II/520 Nová Bystrica – Oravská Lesná, kde sa objavuje 50 oporných a zárubných konštrukcií, pričom všetky oporné konštrukcie sú vystužené geosyntetikou. Prevažujú systémy Geomur-TW1 (vystužené oporné múry) a Geosvah-DKS55 (vystužené strmé svahy) [2]. Najzaujímavejšie systémy Geomur-TW1 sa nachádzajú v mostnom objekte 204, ktorý je navrhnutý ako oceľová presýpaná konštrukcia s oblúkom v polomere 10,4 m (obr. 3). Originálny je tvar múru v priečnom reze aj v pôdoryse. Z hľadiska tvaru má systém Geomur-TW1, umiestnený v úzkom údolí so strmými svahmi, niekoľko typických charakteristík:

• múr je jedno- a dvojstupňový,
• múr má v pozdĺžnom smere premenlivú výšku, a to 0 až 24 m (vrátane základu),
• výška múru na mieste presýpania oceľovej skruže je asi 5,5 m,
• múr je v pôdoryse v oblúku,
• vnútorný priestor dvojstranného múru je celý vystužený tuhými monolitickými HDPE geomrežami Tensar.

Obr. 3  Oporný systém Geomur-TW1 na presýpanej oceľovej konštrukcii na preložke cesty II/520 Nová Bystrica – Oravská Lesná

Výška oporného systému Geomur-TW1 je najjednoduchšou a najviditeľnejšou charakteristikou, ktorá prispieva k náročnosti konštrukcie. Doteraz najvyšším oporným múrom vystuženým geomrežami Tensar s malými tvarovkami na líci je trojstupňový múr v Dubaji s celkovou výškou 60 m.

Mimoriadnu tvarovú pestrosť oporného systému Geomur-TW1 možno využiť na členitých pozemkoch okolo rodinných domov alebo bytových súborov. Táto schopnosť prezentovaného oporného systému sa uplatnila v období ostatných troch rokov aj v Bratislave, kde sa realizovalo 18 oporných systémov Geomur-TW1. Použili sa vonkajšie aj vnútorné polomery rôznych veľkostí, vonkajšie aj vnútorné rohy rôznych uhlov. Pri vyrovnávaní výškových rozdielov na pozemkoch v členitom teréne sa často objavuje odstupňovaná základová škára, pričom koruna systému ­Geomur-TW1 býva väčšinou vodorovná. Týmto spôsobom sa zveľaďujú pozemky a získavajú sa využiteľné vodorovné plochy na terasy alebo záhrady (obr. 4).

Záver
Ani extrémne podmienky, akými môže byť členitý terén, málo únosné podložie alebo veľké zaťaženie, nie sú prekážkou na realizáciu oporného systému Geomur-TW1. Dôkazom toho je niekoľko prezentovaných typických prípadov. Na Slovensku vzniklo za ostatné obdobie niekoľko zaujímavých a originálnych systémov Geomur-TW1.

Literatúra
1.   Baslík, R.: Zakladanie krajných mostných opôr na vystuženej zemine. In: Inžinierske stavby, roč. 56, 2008, č. 3, s. 42 – 44.
2.   Bača, L.: Stavba Preložka cesty II/520 Nová Bystrica – Oravská Lesná. Silnice a železnice, Príloha, č. 3, 2008, s. XIII – XVIII.

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

Radovan Baslík sa viac ako 30 rokov zaoberá riešením geotechnických problémov v inžinierskom staviteľstve pomocou geosyntetiky. Je členom Medzinárodnej geosyntetickej spoločnosti (IGS).