Mechanizmy spojování obkladových prvků a geosyntetik a jejich spolehlivost v opěrných konstrukcích

Publikováno 13.10.2012

Technické návrhy opěrných konstrukcí z vyztužené zeminy a jejich následné realizace stále častěji překonávají bariéru klasických konvenčních řešení. Tyto moderní konstrukce nabízejí investorovi, v případě správnosti návrhu, nejen technickou a technologickou, ale především ekonomicky výhodnou alternativu k monolitickým betonovým či železobetonovým úhlovým zdem a gabionovým konstrukcím.

Komponenty opěrných konstrukcí

Opěrné konstrukce z vyztužené zeminy se skládají ze tří základních komponent (zemina, lícový obklad a geosyntetické výztužné prvky), které na sebe vzájemně navazují a svou vzájemnou interakcí zajišťují dlouhodobou spolehlivost a celistvost konstrukce.

Při dimenzování konstrukce je nutné si uvědomit skutečnost, že účinnost a efektivnost tohoto typu konstrukcí nezávisí jen na spolehlivosti a  dlouhodobé funkčnosti jednotlivých částí, ale především na jejich vzájemném spolupůsobení.

Jedná se především o tyto vzájemné vazby:

• lícový prvek a jeho konstrukční připojení – výztužný prvek – posuzuje se vliv vysokého pH v okolí betonových tvarovek na trvanlivost a funkčnost geomříže a hodnotí se pevnost vzájemného spojení)

• výztužný prvek – zásyp – zohledňuje se poškození geomříže vlivem stavebních prací a odpor geomříže proti jejímu vytržení případně usmýknutí zásypového materiálu po geomříži)

• lícový prvek – zásyp – zemina v kontaktu s lícovým obkladem musí být dostatečně propustná, umožňující bezpečný odvod vlhkosti z vyztuženého zeminového bloku mimo konstrukci)

Pouze v případě, že jsou v návrhu zohledněny a posouzeny všechny tyto interaktivní vazby bude výsledkem opěrná konstrukce, která tvoří ověřený, ucelený a důsledkem toho také spolehlivý a bezpečný konstrukční systém. Vzhledem k rozsáhlosti této problematiky bude další část článku věnována vzájemnému spojení lícového a výztužného prvku.

Spojení lícového a výztužného prvku

Nepřetržité výzkumy, testování a probíhající monitoring na již realizovaných konstrukcích přiřazují mimořádnou důležitost efektivnímu spojení mezi výztužnou geomříží a lícním prvkem. Kvalita tohoto spojení je určena především jeho dlouhodobou pevností a  trvanlivostí. Nižší, neznámá případně odhadnutá pevnost tohoto spoje může do značné míry ovlivnit stabilitu konstrukce na líci.

Typy spojení geomříž – lícový prvek

Díky masivnímu rozvoji technologie vyztužené zeminy se dnes na našem trhu můžeme setkat s celou řadou spojovacích elementů a  mechanizmů v závislosti na typu lícového prvku.

U konstrukcí tvořených blokovými systémy z drobných betonových tvarovek se využívá nejrůznějších konstrukčních spojovacích prvků vyvinutých pro daný typ tvarovek, jenž umožňují bezpečné spojení tvarovek a geomříží. Nejčastěji jsou to nejrůznější kolíčky či hřebínky. Někdy se geomříž rovněž zachytává za konstrukčně vloženou výztuž.

U konstrukcí ze segmentových panelů, z panelů na plnou výšku případně u monolitických vyztužených konstrukcí se spoj nejčastěji vytváří již v průběhu betonáže, kdy se zárodek geomříže tzv. startér zachytává za připravenou armaturu. Jednotlivé geomříže se následně napojují na projektovanou kotevní délku. K tomuto účelu je nutné použít bezpečný způsob spojení a provést výpočet se zavedením pevnosti zvoleného typu spoje. Nastavování výztužných pásu pouhým přesahem je ve směru hlavních tahových napětí zakázáno. Další možností je zde uchycení geomříže pomocí betonářské výztuže do předem nachystaných oček na rubu panelu.

V současnosti používané spojovací elementy a mechanizmy však nemají stejnou účinnost a efektivnost. Proto je nutné před provedením návrhu či realizací konstrukce zhodnotit výhody a nevýhody a posoudit vhodnost daného navrhovaného spoje. Z tohoto důvodu je nezbytné provést vhodnou klasifikaci jednotlivých spojů a to především z hlediska jejich trvanlivosti, pevnosti a mechanismu uchycení.

Klasifikace spojů z hlediska trvanlivosti

Výsledná trvanlivost spoje je určena jeho schopností odolávat účinkům nejrůznějších chemických, klimatických a biologických vlivů. Platí zásada, že jednotlivé spoje, stejně jako základní materiál, musí vyhovovat požadované návrhové životnosti.

Z hlediska trvanlivosti je tedy možné rozdělit spoje na:

• dočasné – využívají např. betonářskou výztuž, jenž podléhá korozivním účinkům nebo ocelové prvky s omezenou životností (viz. následující obrázek) nebo kombinace betonových tvarovek a polyesterových geomříží, jenž podléhají hydrolýze

• trvalé – spoje tvořené plastovými elementy z odolných základních materiálů – především HDPE

Klasifikace spojů z hlediska mechanismu uchycení

Spojení geomříže s pohledovým prvkem může být:

• bodové – nevýhodou bodového spojení je, že se jedná o lokální upevnění geomříže. V případě neočekávaného zatížení by mohlo dojít k poruše tohoto spoje

• kontinuální (plošné) – uchycení geomříže zaručuje plnohodnotný spoj obou prvků bez vzniku „hluchých“ míst

Klasifikace spojů z hlediska pevnosti

Z hlediska pevnosti se spoje dělí na spoje pasivní a aktivní:

• u pasivního spoje je odpor proti vytržení z lícového obkladu závislý pouze na tření geomříže mezi lícovými elementy. Pasivní spoj vytvářejí geomříže, u kterých není zaručena vzájemná interakce a přenos působících sil pomocí určitého spojovacího elementu po celou životnost konstrukce. Jejich funkce je tak po určitém časovém horizontu (často již v průběhu výstavby) založena pouze na principu tření. Jedná se především o tkané nejčastěji polyesterové případně lepené geomříže nezaručující stálou tuhost otvoru a polohu příčného žebra při opření o konstrukční spojovací prvky (viz. následující obrázek). Tyto typy geomříží mají výrazně pohyblivé spoje, pružná žebra a při zvýšeném namáhání, které se běžně u opěrných konstrukcí neposuzuje, tak hrozí vytržení geomříže z lícového prvku

• u spoje aktivního existuje určitý mechanismus přenášející vznikající tahové síly, který je odvislý od typu a konstrukčního uspořádání lícového prvku. Aktivní spoje vytvářejí tuhé monolické geomříže, u kterých je nutné v závislosti na mechanismu uchycení vyvodit výrazně vyšší sílu, aby došlo porušení styku mezi geomříží a lícovým prvkem. Tyto však u běžně navrhovaných konstrukcí nebývají dosaženy

Aby nedocházelo k nepředpokládaným problémům či záměnám dílčích prvků konstrukce a tím také k ovlivnění její bezpečnosti jsou pro konkrétní aplikace vyvíjeny nejrůznější opěrné systémy splňující všechny požadované podmínky. O propracovanosti a spolehlivosti systému pak svědčí především to, zda je systém jako celek včetně aktivního spojovacího mechanizmu certifikován.

Zde stojí za pozornost, že  žádný opěrný systém, který využívá měkkých geomříží (tkané, lepené) nemá udělený certifikát pro výstavbu svislých opěrných konstrukcí. Většina je z důvodu bezpečnosti omezena pouze sklonem líce do 70°.

Příklady certifikovaných systémů pro opěrné zdi:

• panelový systém Armovia – jednotlivé pásy geomříží se následně na staveništi napojují pomocí polymerové spojovací tyče Tensar Bodkin. Spojovací tyč vytváří spoj s plnou pevností bez vzniku oslabených míst v místě styku.

• blokový systém Tensartech TW1 – tento systém využívá ke vzájemnému spojení tvarovek a geomříží spojovací hřeben navlečený na konec geomříže a uložený do smykového ozubu v tvarovce. Spoj je kontinuální a součástí certifikátu systému uděleného společností British Board of Agrément č. 00/R122 pro Tensar TWI wall system pro vyztužování opěrných stěn a mostních opěr a stavebně technického osvědčení vydaného TZÚS Praha, s.p.