|
Úvod
Zemina má oproti jiným stavebním materiálům poměrně malou až zanedbatelnou tahovou pevnost v porovnání s pevností v tlaku. V posledních dvaceti až třiceti letech se tato nevýhoda řeší pomocí vyztužování zemin, kdy při vyztužování jasně převládají geosyntetické materiály a z nich potom nejčastěji jde o polyester, polypropylén či polyetylén. Tyto termoplastické hmoty se zpracovávají různým způsobem, takže výsledným produktem jsou různé geotextilie, geomříže, geosítě, geobuňky a geokompozity. Pro vystižení všech výrobků se používá výrazu geotextilie a jiné geovýrobky či pouze výrazu geosyntetika.
Obdobně jako u železobetonových konstrukcí, je možné vyztužování pomocí geosyntetik dělit na mikrovyztužování pomocí mikrovláken či krátkých výztuh z individuelních vláken či z malých výstřižků z geotextilií a geomříží,pokud možno rovnoměrně rozmístěných v zemině, resp. na makrovyztužování, kdy do budovaného zemního tělesa jsou, nejčastěji ve vrstvách či páscích zabudovávány výše zmíněné výrobky, například tkané a pletené geotextilie, geomříže. V současné době převládá makrovyztužování.
Podrobnější vstupní informace o geosyntetikách v dopravním stavitelství podávají: Metodický pokyn statických výpočtů pro navrhování a provádění konstrukcí zemních těles z armovaných zemin v podmínkách Českých drah (Vaníček 1996) a TP 97 - Geotextilie a další geosyntetické materiály v zemním tělese pozemních komunikací z roku 1997. Zatímco první materiál se týká pouze vyztužování, druhý je zaměřen i na další funkce, které mohou geosyntetika plnit, jako je například funkce separační, filtrační a drenážní.
Z pohledu výztužné funkce v dopravním stavitelství jsou nejčastěji výztužná geosyntetika využita pro vyztužení kontaktu násypu budovanému na málo únosném podloží, vyztužené svahy, opěrné stěny. Velkého rozsahu doznalo využití geosyntetik při rekonstrukci železničních koridorů v konstrukci pražcového podloží pro zvýšení modulu deformace přetvárnosti zemní pláně. Při využití vyztužené mostní opěry u nás existuje ještě určitý konzervatismus, i když příklady ze světové praxe ukazují na mnohé výhody v těchto případech.
Základní předpoklady
Typický příčný řez mostní opěry z vyztužené zeminy ukazuje obr. 1, realizovaný na japonských železnicích pro rychlovlaky typu Shinkansen. V principu jde o výstavbu stěny z vyztužené zeminy, kdy líc tvoří balená stěna, ke které byla dodatečně přibetonována ochranná stěna. Na tomto řezu je možno ukázat základní problémy:
- líc může mít několik variant - obr. 2 - pro líc je užit prefabrikát na celou výšku s dočasným podpěrným systémem (a), líc je budován postupně pomocí velkých prefabrikátů (b), či malých prefabrikátů (c), nebo může jít o různé formy balené stěny (d).
- výztuhy mohou být plošné či páskové (především u velkých prefabrikátů),
- délka výztuh a jejich výpočtová tahová pevnost se řídí statickým výpočtem, v principu jde o nalezení nejnebezpečnější smykové plochy procházející oblastí vyztužení (řešení tzv. vnitřní stability), kdy se kontroluje, zda tahová pevnost je dostatečná a současně zda délka výztuhy za potenciální smykovou plochou (kotevní délka) je dostatečná, je schopná třením na kontaktu se zeminou přenést výpočtovou tahovou pevnost. Následně se posuzuje vnější stabilita, ověřuje se stabilita po smykové ploše procházející mimo oblast vyztužení, avšak navíc se vyztužená oblast posuzuje jako celek, kdy je možné počítat deformaci podloží, nebezpečí překlopení či posunutí. Specifický problém při využití geosyntetických výztuh je spojen s creepovými vlastnostmi použitých polymerů. Výpočtová tahová pevnost je výrazně nižší než tahová pevnost zjištěná při krátkodobé tahové zkoušce. Nejméně citlivým polymerem na tento jev je polyester. Vlastní výběr výztuhy musí zohlednit nejen tahovou pevnost a creepové vlastnosti, ale i průtažnost a součinitel tření mezi výztuhou a zeminou. Doporučený postup je popsán v obou výše uvedených materiálech, kde je uveden i princip softwaru SVARG.
Konkrétním příkladem mostní opěry z vyztužené zeminy je silniční most místní komunikace nad hlavní železniční tratí v Dánsku. Jedná se o ocelový most široký 11 m s rozpětím 15,5 m. Vlastní opěra je vysoká 8 m a musí přenášet stálé zatížení 2 000 kN a dopravní (nahodilé) zatížení 1 700 kN. Příčný řez této konstrukce - obr. 3. - znázorňuje uložení jednotlivých vrstev zeminy a výztužné geomříže Fortrac včetně její kotevní délky.
Při výstavbě vyztužené opěry se jako výplňový materiál používal štěrkopísek zhutněný dle projektu na 100% Proctora. Vyztužování bylo provedeno pomocí geomříží Fortrac® typu 110/30-20 s výsledným sklonem líce 81o. Geomříže Fortrac® se vyrábí z polyesteru o vysokém tahovém modulu v různých pevnostech, v tomto konkrétním případě s tahovou pevností 110 kN/m. Tato vyztužená opěra byla vybudována mezi prosincem 1991 a lednem 1992 a vlastní mostní konstrukce byla osazena v srpnu 1992. Prakticky od prosince 1991 byla tato konstrukce monitorována prostřednictvím 40 měřících bodů. Výsledky těchto měření ukázaly, že téměř veškeré deformace opěr byly vyvolány sedáním podloží. Do léta roku 1993 činila sedání maximálně 40 až 50 mm, z toho k ca 10 mm sedání došlo po osazení mostní konstrukce a dokončení její horní části (mostovky). Vlastní opěra z vyztužené zeminy se stlačila pouze o ca 2 mm. Dánské dráhy, jakožto investor této stavby, se k tomuto projektu vyjádřili z technického i ekonomického hlediska pozitivně. Vlastní líc opěry z vyztužené zeminy je třeba chránit nejen před vlivy povětrnosti, ale a to zejména před vandalstvím, které by mohlo způsobit, při systematickém porušení výztuh, až zhroucení celé konstrukce. Tato ochrana se většinou provádí pomocí tenkého betonového obkladu ať už monolitického či z prefabrikátů.
Závěr
Mostní opěra z vyztužené zeminy je novým velmi zajímavým prvkem pro svoje následující možnosti a výhody:
- umožňuje výrazně zkrátit dobu výstavby mostní opěry a především její rychlejší zatížení mostní konstrukcí pro použití suchého způsobu výstavby,
- tento suchý proces je realizovatelný i v klimatických podmínkách pro běžné opěry méně vhodných,
- umožňuje snadněji řešit problém výstavby opěry na méně únosném podloží,
- odstraňuje mnoho problémů spojených s redukcí nerovnoměrného sedání přechodu mostní opěry a zemního násypu,
- minimalizuje problémy spojené s možným vodním tlakem působícím na betonovou opěru,
- umožňuje snížení záboru pozemku, což je velmi zajímavá otázka především při výstavbě v hustší zástavbě,
- v neposlední řadě se jedná i o finanční otázku, kdy tento způsob výstavby je finančně výhodnější pro většinu případů.
Závěrem je proto možné vyslovit přesvědčení, že tento zajímavý a atraktivní způsob výstavby mostních opěr bude u nás realizován v blízké době - samozřejmě za respektování výše uvedených zásad, respektujících princip návrhu zemní konstrukce za uvažování mezních stavů, tak jak to doporučuje Eurokód č.7 - Navrhování geotechnických konstrukcí a jak je v současné době ověřován v rámci grantu Armované zeminy - mezní stavy aplikované na zemní svahy, opěrné stěny a mostní opěry.
Příspěvek byl podpořen grantovým projektem GA ČR 103/99/1593.
Literatura
Vaníček,I.: Metodický pokyn statických výpočtů pro navrhování a provádění konstrukcí zemních těles z armovaných zemin v podmínkách Českých drah. FSv ČVUT Praha, 1996, 70 s.
Vaníček,I.: Zemní konstrukce dopravních staveb. Stavební ročenka 1999. ČSSI, ČKAIT Praha,1999, s. 242-266.
Vaníček.J., Vaníček.M.: Mostní opěry a geosyntetika. Stavitel, č.6, 1999.
TP 97 - Geotextilie a další geosyntetické materiály v zemním tělese pozemních komunikací. MDS ČR 1997 (autoři Vaníček,I., Herle,V.)
|
