Evropské přístupy k řešení separace pomocí netkaných geotextilií

Některé národní organizace podnikají, nebo již podnikly, kroky k zanesení těchto požadavků do svých předpisů či norem, případně jejich revizí. Článek se zaměřuje na srovnání požadavků evropských přístupů v rámci navrhování netkaných geotextilií pro funkci separace (oddělování). Hodnoceny a srovnávány jsou přístupy, které jsou používány v Německu, Rakousku, ve skandinávských zemích, na Slovensku a v České republice.

Uvedené přístupy jsou poté vzájemně konfrontovány s požadavky, které jsou dnes zaneseny v revizi předpisu státní správy ČR, TP 97 – Geosyntetika v zemním tělese pozemních komunikací z roku 2021, včetně porovnání s předchozím stavem tohoto předpisu vydaného v roce 2008, který byl již ve vztahu k aktuálnímu trendu zastaralý.

Separace pomocí geosyntetik je jednou z nejčastěji používaných aplikací v dopravním stavitelství. Obecně se z geotechnického pohledu jedná o vložení geosyntetika mezi dvě zeminy s rozdílnou granulometrií pro zabránění jejich vzájemného smísení v případě, že by mohlo dojít ke znehodnocení materiálu s následným omezeným plněním jeho funkce v konstrukci. Nejčastěji v případech, kdy jemnozrnná zemina, standardně podloží komunikace nebo násypu, zanáší jemnými částicemi hrubozrnnou sypaninu, typicky konstrukční nebo drenážní vrstvu.

Tímto jevem zhoršuje fyzikální a mechanické vlastnosti této vrstvy, což může v konečném důsledku vést k omezení až pozbytí její funkce v konstrukci. Nejčastěji používaným typem geosyntetika pro funkci separace je geotextilie. Zejména je vhodné použití netkané geotextilie s ohledem na to, že díky své struktuře dokáže zabránit průchodu zrn zeminy a současně je dostatečně a dlouhodobě propustná pro vodu.

Vlastnosti geotextilií důležité pro separaci

U separační funkce je v rámci návrhu geotextilií kladen důraz především na možné poškození geotextilie při její instalaci – výrobek nesmí přestat plnit svou funkci, a to jak v krátkodobém, tak především dlouhodobém horizontu. Z tohoto důvodu jsou prováděny zkoušky založené na simulaci poškození geotextilie. Výsledky těchto zkoušek prováděných v laboratoři jsou pak vstupním údajem pro návrh separačního prvku. Všechny předepsané zkoušky vycházejí z příslušné normy. V případě pozemních komunikací se jedná o normu EN 13249, která určuje vlastnosti geosyntetik používaných pro separaci.

Ty musí být uvedeny na doprovodném dokumentu k výrobku, tj. v prohlášení o vlastnostech. V případě separační funkce se konkrétně jedná o tyto vlastnosti:

• pevnost v tahu a tažnost (EN ISO 10319),
• odolnost proti statickému protržení (CBR) dle EN ISO 12236,
• odolnost proti dynamickému protržení (zkouška padajícím kuželem) dle EN ISO 13433,
• charakteristická velikost otvorů (velikost průliny) dle EN ISO 12956,
• propustnost pro vodu kolmo k rovině výrobku (EN ISO 11058).

Poslední dvě uvedené vlastnosti geotextilií mají vztah k filtrační funkci. Je to z toho důvodu, že separační funkci je vždy nutné posoudit společně s filtrační funkcí.

Představení jednotlivých evropských přístupů

Přesné stanovení vlivu poškození geotextilií není možné, proto jednotlivé země vyvinuly různé postupy, pomocí kterých reprezentují požadavky na vlastnosti geotextilie. V následujícím textu jsou uvedeny přístupy některých evropských zemí platné zejména pro pozemní komunikace, včetně technického předpisu platného v České republice (TP 97 z roku 2008), jehož aktualizace proběhla v roce 2021.

Česká republika (TP 97, 2008)

Separace je jednou z funkcí, kterou tento předpis pokrývá. Jsou zde uvedeny následující předpoklady pro stanovení vhodné geotextilie – zrnitost a ostrohrannost sypaniny, technologie ukládání a stupeň konzistence podloží. Požadavky jsou uvedeny obecně, pouze stupeň konzistence podloží je specifikován blíže – jako měkké podloží a podloží tuhé až pevné konzistence.

Požadavky na geotextilie jsou rozděleny do dvou skupin podle zmiňované tuhosti podloží a jsou specifikovány pomocí odolnosti proti statickému protržení (CBR), zkoušky odolnosti proti dynamickému protržení (kužel) a tažnosti geotextilie, která určuje typ geotextilie s ohledem na způsob výroby (tkaná/netkaná).

Německo

Pro separační geosyntetika je pro pozemní komunikace v rámci Německa aktuální předpis M Geok E (FGSV, 2016) a TL Geok E-StB (FGSV, 2019). Výběr geotextilie je ovlivněn

• sypaninou, která je charakterizována svým tvarem (ostrohranná/oblá zrna) a velikostí zrn ve 4 třídách,
• namáháním při instalaci rozlišeným do pěti tříd podle hloubky koleje.

Zohledněním těchto faktorů se získají 3 třídy robustnosti geotextilií (GRK) s požadavky na jejich parametry. U netkaných geotextilií jsou specifikovány následující vlastnosti: minimální plošná hmotnost a odolnost proti statickému protržení (CBR).

Skandinávské země (NorGeoSpec 2012, revize 2016)

V předpisu NorGeoSpec jsou nároky na geotextilie rozděleny do 5 specifikačních profilů. Předpokladem pro určení typu geotextilie jsou:

• kvalita zeminy (dvě třídy rozlišené neodvodněnou smykovou pevností),
• vliv mechanizace (dvě třídy podle typu mechanizace, hutnění a výšky krycí vrstvy zeminy),
• intenzita dopravy,
• typ sypaniny (4 třídy podle velikosti zrna).

Vybrané geotextilie jsou specifikovány požadavky na následující vlastnosti: tahová pevnost, tažnost, odolnost proti dynamickému protržení (kužel), index energie, propustnost, velikost průliny.

Slovensko

Separační geotextilie se navrhují podle normy STN 73 3040 (2019). V tomto předpise je, co se týče separační funkce, uveden podobný přístup jako v případě německých předpisů. Požadavky jsou dány pouze pro tři typy tříd robustnosti geotextilií (nejsou uváděny dva nejnižší požadavky, které není možné používat ve stavebnictví), podmínky zůstávají stejné jako v německém předpisu.

Rakousko (RVS 08.15.01, 2010)

Pro stanovení vhodné separační geotextilie je zemina podkladu rozdělena do tří tříd podle kontrolního modulu přetvárnosti z prvního cyklu statické zatěžovací zkoušky, dále je zohledněno dopravní zatížení (pět tříd pro lehce až silně zatížené silnice) a velikost a tvar sypaniny. Z výše uvedeného předpis odvozuje 7 typů geotextilií pro dva různé druhy sypaniny specifikované pomocí pevnosti v tahu a tažnosti, odolnosti proti statickému protržení (CBR), zkoušky dynamickým protržením (kužel) a odolnosti proti proražení jehlanem (EN 14574).

Velká Británie (BS 8661: 2019)

Výběr geotextilie závisí na:

• kvalitě stávající zeminy, která je stanovena pomocí neodvodněné smykové pevnosti (3 třídy),
• podmínkách na stavbě (stanoveny s ohledem na počet pojezdů, typ mechanizace, hutnění a výšky krycí vrstvy zeminy),
• typu sypaniny (4 třídy podle velikosti zrna).

Zohledněním těchto požadavků jsou určeny tři typy specifikačních profilů – geotextilií – definovaných pomocí pevností v tahu, tažností a odolností proti statickému protržení (CBR).

Srovnání rešeršovaných přístupů

Jednotlivé přístupy vycházejí z rozdílných předpokladů a mají různé požadavky na typy vlastností, které by geotextilie měly splňovat. Současně ne všechny hodnoty u výše uvedených přístupů, ať už vstupní, nebo požadované, jsou projektantovi v daném projektovém stupni k dispozici. Problém může vzniknout např. při stanovování hloubky koleje u německého a slovenského přístupu. Co se týče požadovaných hodnot, je vhodné počítat s parametry, které výrobce musí uvádět v doprovodných dokumentech (Prohlášení o vlastnostech). Ty jsou podloženy testy a kontinuálně kontrolovány certifikovanými zkušebnami.

Pro provedení srovnání bylo nutné tyto předpoklady sjednotit. Pro charakteristiku zemin v podloží byla jako vstupní údaj zvolena neodvodněná smyková pevnost, jelikož se vyskytuje v přístupu Velké Británie a Skandinávie. Předpoklady ostatních zemí ohledně kvality zeminy byly na tento parametr převedeny na základě známých empirických vztahů nebo na základě odborného geotechnického odhadu.

Podobně bylo postupováno i u požadavků na geotextilie. Ve všech uvažovaných předpisech, kromě skandinávského, je požadavek na CBR. V případě NorGeoSpec byl pomocí korelace mezi odolností proti statickému a dynamickému protržení proveden přepočet na CBR.

Na grafu na obr. 1 je uvedeno srovnání neodvodněné smykové pevnosti pro sypaninu s velikostí zrna do 63 mm. Největší nároky na odolnost proti protržení u netkané separační geotextilie má rakouský předpis (RVS), dále potom německý GRK. Požadavky českého předpisu se pohybují zhruba uprostřed uvažovaného spektra. Nižší požadavky mají potom předpisy platné v Británii a ve Skandinávii.

Obr. 1 Srovnání požadavků evropských předpisů na odolnost proti statickému protržení (CBR) geotextilie pro sypaninu s velikostí zrna do 63 mm

 

Graf na obr. 2 reprezentuje stejnou závislost, ale pro kamenivo se zrnem větším než 63 mm. Graf potvrzuje to, co bylo uvedeno u předchozí závislosti. Pouze v případě podloží
s hodnotou neodvodněné smykové pevnosti do 25 kPa má skandinávský předpis mírně vyšší požadavky.

Obr. 2 Srovnání požadavků evropských předpisů na odolnost proti statickému protržení (CBR) geotextilie pro sypaninu s velikostí zrna nad 63 mm

 

Revize TP 97 (2021)

Ze srovnání vyplynulo, že v revizi předpisu státní správy ČR, TP 97 – Geosyntetika v zemním tělese pozemních komunikací bylo potřeba zejména upřesnit vstupní parametry tak, aby bylo za všech okolností zřejmé, kdy který požadavek použít, aby tak nedocházelo k záměnám geotextilií nevhodných pro dané prostředí. Co se týče nastavení absolutních hodnot odolnosti, ty se ukázaly jako dostatečné. Revidovaný předpis vychází koncepčně zejména z britské normy se zohledněním lokálních zvyklostí a podmínek.

Jako vstupy jsou uvažovány parametry, které má projektant ve fázi návrhu k dispozici, respektive jsou standardně součástí prováděného inženýrsko-geologického průzkumu – neodvodněná smyková pevnost zeminy (tři skupiny) a velikost zrna sypaniny (dvě třídy). Geotextilie je specifikována pouze vlastnostmi povinně deklarovanými v prohlášení o vlastnostech pro funkci separace – pevnost v tahu, odolnost proti statickému protržení (CBR), odolnost proti dynamickému protržení (zkouška padajícím kuželem), podobně jako ve stávající verzi a pro funkci filtrace – propustnost kolmo k rovině a velikost průliny.

Požadavky na netkané geotextilie jsou rozděleny do dvou skupin – S1 a S2 v závislosti na vstupech, kde je pro S1 mimo jiné uvažována hodnota odolnosti proti statickému proražení (CBR) 2 kN a pro S2 potom hodnota 3 kN. Požadavky na filtrační geotextilii jsou rozděleny podle prostředí na tři konkrétně specifikované případy – na filtraci nevýznamnou, významnou a kritickou s hodnotami
min. propustnosti pro vodu kolmo k rovině výrobku 7 l/m2/s, 27 l/m2/s – a individuálně stanovený požadavek daný postupem uvedeným v TP 97.

Ve fázi tvorby předpisu bylo také ověřeno, kolik geotextilií dostupných na trhu je schopno tato kritéria/požadavky splnit, a jestli jsou tedy hodnoty správně nastaveny s ohledem na výrobní možnosti netkaných geotextilií. Bylo uvažováno s kombinací vlastností reprezentujících separaci i filtraci (konkrétně tedy pro zjednodušení vlastnosti CBR a propustnost kolmo k rovině). Tyto funkce jsou vždy posuzovány společně, i když vlastnosti, které je reprezentují, jdou z hlediska požadavků na geotextilii proti sobě (čím větší odolnost proti statickému protržení (CBR), tím menší propustnost výrobku).

V rámci tohoto ověření byla zpracována data cca 150 výrobků patnácti různých výrobních řad od výrobců z celé Evropy. Na grafu na obr. 3 je vidět kombinace požadavků na separační geotextilii S1 (CBR > 2 kN) a významné filtrace (propustnost > 27 l/m2/s). Geotextilie jsou na grafu znázorněny tečkami. Z celkového počtu geotextilií splňuje obě kritéria necelých 40 % výrobků – odkrytá část grafu na obr. 3.

Obr. 3 Kombinace kritérií S1 a prostředí s významnou filtrací dle TP 97 z roku 2021

 

V případě požadavku na separační geotextilii S2 a významnou filtraci (graf na obr. 4) splňuje obě kritéria pouze 20 % výrobků. V případě, že by požadavek na odolnost proti statickému protržení (CBR) byl vyšší než 3 kN (např. požadavek GRK nebo RVS) dochází k tomu, že by se výběr vyhovující geotextilie zúžil na první jednotky výrobků v rámci celoevropského trhu.

Obr. 4 Kombinace kritérií S2 a prostředí s významnou filtrací dle TP 97 z roku 2021

 

Závěr

Jak ukazuje výše uvedené srovnání, v Evropě neexistuje jednotný přístup k určení vhodného výrobku pro plnění separační (a filtrační) funkce, a navíc, jak vyplývá z předloženého srovnání, se jednotlivé evropské přístupy poměrně hodně odlišují. Provedením porovnání těchto přístupů, jejich vyhodnocením a podrobnou analýzou byl v České republice publikován v rámci TP 97 nový přístup pro určení vhodné separačně filtrační geotextilie, který zohledňuje konkrétní, a i v nižších stupních dokumentace běžně kvantifikovatelné, podmínky na stavbě. Předpis nevychází pouze z teoretického stanovení požadovaných hodnot, ale byla ověřena i jeho praktická aplikace zahrnující konfrontaci požadavků s konkrétními výrobky.