Pilóty Screwsol pri zakladaní stavieb

Na základové konštrukcie sa v súčasnosti kladú vyššie nároky, a to nielen z technického, ale aj z konštrukčného hľadiska. Je to spôsobené zväčšovaním zaťažení stavieb a ich zakladaním v zložitých podmienkach, najmä tam, kde sa v podložiach nachádzajú zeminy s menšou pevnosťou, väčšou stlačiteľnosťou a vysokou hladinou podzemnej vody. Podmienky stability a využívateľnosti stavieb spĺňajú hĺbkové, najmä pilótové základy.

Technológie vytvárania roztláčaných pilót
V ostatných rokoch sa intenzívne rozvíjajú technológie vytvárania pilót na mieste, ktoré počas vŕtania roztláčajú zeminy do strán (obr. 1). Takéto pilóty zlepšujú vlastnosti zemín v okolí plášťa, výstupkami zväčšujú plášťové trenie a netreba odstraňovať ani zeminu z vrtov. Ich únosnosť je väčšia ako únosnosť klasicky vŕtaných pilót s rovnakými rozmermi, čo umožňuje pri zachovaní rovnakej únosnosti dosiahnuť zmenšenie objemu betónu. To všetko predstavuje významné úsporné opatrenia.

Najznámejšie technológie na vytváranie roztláčaných pilót sú Fundex, Tubex, Atlas, Omega a najnovšie aj Screwsol.

Pri technológii Fundex sa do zeminy zavrtáva koncovka kužeľovitého tvaru so skrutkami, upevnená na oceľovú výpažnicu. Po dosiahnutí požadovanej hĺbky sa do výpažnice vloží zvarená oceľová výstuž a výpažnica sa naplní betónovou zmesou. Počas vyťahovania výpažnice sa zhutňovaním rozširuje a zdrsňuje plášť pilóty. Kužeľovitá koncovka ostáva v zemi.

Technológia Tubex je prakticky úplne rovnaká ako Fundex, ibaže spolu s kužeľovitou koncovkou ostáva v zemi aj oceľová výpažnica. Táto technológia je vhodná do prostredia s podzemnou vodou, ktorá je agresívna na betón. Hladký povrch oceľovej výpažnice však zmenšuje plášťové trenie, preto sú takéto pilóty vhodné najmä pri únosnejšej a menej stlačiteľnej pôde, do ktorej sa oprú.

Pilóta Atlas má skrutkovú koncovku ukončenú malým kužeľom, ktorý ostáva v zemi. Oceľová rúra má menší priemer ako valcovitá časť, pričom vonkajší priemer skrutkovej časti je ešte väčší. Zvarená oceľová výstuž sa vkladá do oceľovej rúry, ktorá sa naplní betónovou zmesou. Skrutková koncovka sa zo zeminy odstraňuje rotačným pohybom, betónová zmes sa neustále doplňuje. Rozšírený skrutkovitý plášť obsahuje aj driek pilóty. Pilótu Atlas možno vytvoriť len z betónovej zmesi. Do čerstvej betónovej zmesi sa následne zatlačí zvarená oceľová výstuž s priemerom väčším, ako je priemer oceľovej rúry.

Koncovka pilóty Omega má skrutky privarené na oceľovom plášti valcovitého tvaru. Priemer plášťa sa smerom k dolnej časti koncovky zužuje a je ukončený strateným kužeľovým hrotom. Výška koncovky je približne trojnásobkom jej priemeru. Koncovka je upevnená na oceľovej rúre menšieho, približne polovičného priemeru. Do nej sa pred betónovaním vkladá zvarená oceľová výstuž, koncovka sa spätným rotačným pohybom odstraňuje zo zeminy s postupným doplňovaním betónovej zmesi.

Pilóta Screwsol má tiež špeciálne upravenú oceľovú koncovku (obr. 2), ktorá sa zavrtáva do zeminy (obr. 3 až 5). Dolná časť koncovky sa pri vŕtaní uzatvára kužeľovitým hrotom. Pri spätnom rotačnom pohybe sa kužeľovitý hrot stráca a pri betónovaní sa na plášti vytvárajú výstupky lichobežníkového tvaru, ktorými sa zväčšuje plášťové trenie (obr. 6). Zvarená oceľová výstuž sa zatláča do čerstvej betónovej zmesi.

Obr. 3 Vŕtacie zariadenie pre pilóty Screwsol	Obr. 4, 5 Vŕtanie vŕtacím zariadením
Obr. 5	Obr. 6 Detail plášťa pilóty Screwsol

–>–>
Experimentálne pole a zaťažovacie skúšky
Na severozápadnom okraji Bratislavy vytvorila spoločnosť Solhydro experimentálne pole (obr. 7), na ktorom boli zabudované pilóty Screwsol ∅ 330 mm (S1 až S5), kontinuál­ne vŕtaná porovnávacia pilóta CFA ∅ 620 mm a šesť kotevných kontinuálnych pilót ∅ 920 mm na statické zaťažovacie skúšky. Dĺžka skúšobných pilót bola navrhnutá 7,0 m a dĺžka kotevných pilót 10,0 m [1, 5, 6].

Obr. 7 Experimentálne pole na skúšky pilót	Obr. 8 Oceľová výstuž pilóty CFA s upevnenými tenzometrickými snímačmi

Na oceľové výstuže pilót sa v rôznych hĺbkach upevnili tenzometrické snímače na sledovanie prenosu zaťažení z pilót do okolitej zeminy (obr. 8). Z meraní sa vytvárajú prenosové funkcie.

Podložie nebolo homogenné, tvorili ho piesočnaté a štrkovité zeminy s rôznymi podielmi jemnozrnných zložiek [3]. Pred zabudovávaním pilót sa vykonali dve dynamické penetračné skúšky; dynamické penetračné skúšky sa vykonali aj v rôznych vzdialenostiach od plášťa troch zabudovaných pilót Screwsol [2]. Zo získaných výsledkov vyplýva, že vplyvom roztláčania stien vrtov sa zlepšila hutnosť zemín do vzdialenosti rovnajúcej sa približne trom priemerom pilót [4].

Vystrojenie experimentálneho poľa umožnilo vykonať päť statických zaťažovacích skúšok na pilótach Screwsol a jednu skúšku na porovnávacej pilóte CFA zariadením, ktoré je znázornené na obr. 9. Pod stredom oceľového nosníka upevneného do kotevných pilót sa vždy nachádzala skúšaná pilóta, ktorá sa zaťažovala pomocou hydraulického lisu (obr. 10).

Obr. 9 Usporiadanie zaťažovacej skúšky [6]	Obr. 10 Detail hydraulického lisu a snímacích zariadení

Výsledky zaťažovacích skúšok
Zaťažovacie krivky z niektorých skúšok sú znázornené na obr. 11 vo forme závislostí medzi zaťažením a zatlačením hláv pilót. Všetky závislosti sú plynulé a končia sa pri maximálnom zaťažení hlavy 2 600 kN. Pri takomto zaťažení došlo k zatlačeniu hláv pilót Screwsol o 8 až 22 mm a k zatlačeniu hlavy vŕtanej pilóty CFA o 14 mm. Roztláčané pilóty Screwsol s menším priemerom (330 mm) mali teda približne rovnaké zaťažovacie krivky ako vŕtaná pilóta CFA s väčším priemerom (620 mm).

Obr. 11 Výsledky zaťažovacích skúšok na pilótach S4 – S5 (Screwsol) a C4 (CFA)

Aj napriek tomu, že zaťažovacie krivky majú plynulý priebeh, nemožno ich extrapolovať a konečné hodnoty treba považovať za únosnosti; v tomto prípade sú pri všetkých pilótach rovnaké (Rc, m = 2 600 kN).
V zmysle príslušných ustanovení Eurokódu 7 a jeho národnej prílohy sa charakteristická únosnosť Rc, k získa redukciou únosnosti korelačným súčiniteľom ξ, ktorým sa zohľadňuje počet vykonaných zaťažovacích skúšok a ich výsledky (tab. 1). V našom prípade pre jedinú skúšanú pilótu typu CFA

Rc, k = Rc, m/ξ = 2 600/1,4 = 1 857 kN

Pre návrhový postup 2, ktorý bol v národnej prílohe Eurokódu 7 vybratý pre slovenské podmienky, je na stanovenie návrhovej únosnosti pilóty smerodajný parciálny súčiniteľ, ktorý má pre našu pilótu CFA hodnotu ξR = ξt = 1,1; návrhová únosnosť pilóty potom bude

Rc, d = Rc, k/ξR  = 1 857/1,1 = 1 688 kN

Podľa obr. 11 návrhovej únosnosti pilóty zodpovedá zatlačenie hlavy o 4,5 mm. Orientačne možno stanoviť bezpečnosť návrhovej únosnosti proti dosiahnutiu medznej únosnosti ako Rc, m /Rc, d = 2 600/1 688 = 1,54. Keď sa zoberie do úvahy nedosiahnutá medza únosnosti pri zaťažovacej skúške, je návrhová únosnosť určená podľa Eurokódu 7 nehospodárnou hodnotou. Pri samostatnom pôsobení takmer žiadnej konštrukcii neprekáža zatlačenie hlavy o 10 mm, čomu zodpovedá návrhová únosnosť Rc, d = 2 250 kN. Pri skupinovom pôsobení pilót by bolo rozhodujúce sadnutie fiktívneho plošného základu, ktorému by zvýšená hodnota návrhovej únosnosti Rc, d nemusela byť prekážkou.

Pilóty S 4, S 5 a S 6 majú návrhové únosnosti väčšie ako pilóta CFA; príčina je v súčiniteli ξ. Pre jednu skúšku na pilóte CFA je ξ = 1,4, pre tri skúšky na pilótach Screwsol je ξ = 1,2. Charakteristická únosnosť pilóty Screwsol bude
Rc, k = Rc, m/ξ = 2 600/1,2 = 2 167 kN

a návrhová únosnosť

Rc, d = Rc, k/ξR = 2 167/1,1 = 1 970 kN

Závery
Na charakterizovanie vlastností zemín sú vhodné dynamické penetračné skúšky (pri hrubozrnných zeminách) alebo statické penetračné skúšky (pri jemnozrnných zeminách). Dôsledne treba požadovať kvalitné zabudovanie pilót so zosilnenou oceľovou výstužou pri hlavách pilót. Technológiou Screwsol sa roztlačili zeminy do okolia pilót a priaznivý roznos zaťaženia do zeminy v okolí pilót sa dosiahol aj skrutkovitými výstupkami lichobežníkového tvaru. Priaznivý vplyv tejto technológie sa v Bratislave prejavil do vzdialenosti 0,9 m od plášťov pilót.

Návrhové únosnosti samostatných pilót možno určovať na základe údajov z penetračných skúšok vykonávaných v štádiách prieskumu. Na tieto účely možno stanoviť korelačné závislosti medzi penetračnými odpormi, hodnotami plášťového trenia aj odpormi pod pätami pilót.

Na získanie prenosových funkcií treba zabudovať snímače v blízkosti hlavy, päty pilót a pri rozhraniach zemín s rôznymi vlastnosťami. Z prenosových funkcií sa pri jednotlivých vrstvách získavajú návrhové hodnoty plášťového trenia a návrhového odporu zeminy pod pätami pilót. Tieto údaje možno využiť na spoľahlivé stanovovanie návrhových únosností pilót v ekvivalentných podmienkach (rovnaké technológie, rôzne priemery a dĺžky pilót).

Statické zaťažovacie skúšky pilót treba vykonať tak, aby sa pri nich dosiahol medzný stav únosnosti. V daných podmienkach sa výsledky statickej zaťažovacej skúšky kontinuálne vŕtanej pilóty CFA s priemerom 620 mm prakticky zhodovali s výsledkami kvalitne zabudovaných pilót Screwsol s priemerom 330 mm.

Orientačné výpočty návrhových únosností pri pilótach Screwsol s menšími priemermi možno vykonať pomocou údajov pri vŕtaných pilótach s väčšími priemermi.

Systém Screwsol je technicky i ekonomicky efektívny, a preto ho možno odporučiť na použitie v geotechnickej praxi Slovenskej republiky i v zahraničí.

TEXT: prof. Ing Jozef Hulla, DrSc., Ing. Marián Kmeť
FOTO a OBRÁZKY: Solhydro, prof. Ing. Jozef Hulla, DrSc.

Prof. Ing Jozef Hulla, DrSc. je pracovníkom Katedry geotechniky Stavebnej fakulty Slovenskej technickej univerzity v Bratislave. Rieši vedecké a odborné problémy stavebnej geotechniky.

Ing. Marián Kmeť je riaditeľom spoločnosti Solhydro, spol. s r. o., v Bratislave, ktorá realizuje náročné geotechnické technológie v zložitých podmienkach Slovenskej republiky i v zahraničí.

Príspevok je jedným z výsledkov riešenia projektu VEGA MŠ SR č. 1/0619/09 Zohľadnenie rizík pri navrhovaní geotechnických konštrukcií.

Literatúra
1.    Braný, J. – Rakovský, P.: Interná správa o realizácii pilót Screwsol a ich zaťažovacích skúšok. Bratislava: Solhydro, 2010.
2.    Danko, J.: Dynamické penetračné skúšky. Bratislava: TerraTest, 2009.
3.    Dovičin, P.: Skúšobné pole pilót na stavbe Baumax – Lamač, Bilboard – Laboratórne geotechnické skúšky zemín. Bratislava: GES, 2009.
4.    Hulla, J. – Rakovský, P. – Vrábel, B. – Žuffa, R.: Vplyv technológie vytvárania pilóty na vlastnosti zemín v jej okolí. In: Polní geotechnické metody 2010. Ústí nad Labem: AZ Consult, 2010.
5.    Vrábel, B.: Projekt zaťažovacej skúšky veľkopriemerových pilót. Žilina: Geotechnik SK, 2009.
6.    Vrábel, B.: Výsledky zaťažovacích skúšok pilót v Lamači. Žilina: Geotechnik SK, 2009 – 2010.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.