TP 1.26 - OPĚRNÉ STĚNY

1 2

ČESKÁ KOMORA AUTORIZOVANÝCH INŽENÝRŮ A TECHNIKŮ ČINNÝCH VE VÝSTAVBĚ

Rada pro podporu rozvoje profese ČKAIT

TECHNICKÁ POMŮCKA K ČINNOSTI AUTORIZOVANÝCH OSOB

OPĚRNÉ STĚNY

TP 1.26

1. vydání 2011

Anotace:

Pomůcka TP 2.6 informuje o metodě navrhování opěrných vyztužených stěn, vyvinuté v zahraničí, které spočívá v tom, že do zeminy se vloží výztužný prvek, který přebírá tahová napětí. Výztužné prvky, které se vkládají do zemin, jsou nejčastěji sítě z plastických hmot (geomříže). Na líc stěny malé betonové prvky z prostého betonu, které mají přibližný rozměr betonových tvárnic.

OBSAH

ÚVOD

1

Prvky systému

1.1

Betonové prvky

1.2

Geomříže

1.2.1

Vlastnosti geomříží

1.3

Zeminy

2

Konstrukce stěny

2.1

Výška, tloušťka a hmotnost stěny

2.2

Odklon líce stěny od svislice

2.3

Založení stěny

2.4

Vyztužení geomřížemi

3

Výpočet stěny

3.1

Metoda výpočtu

3.2

Zatížení

3.3

Externí stabilita

3.4

Interní stabilita

3.5

Lokální stabilita

4

Závěr

Příloha:

Příklad výpočtu

PROFESIS - Integrovaný profesní informační systém ČKAIT je určen autorizovaným osobám. Autoři materiálu žádají členy ČKAIT o konstruktivní připomínky, které umožní metodické pomůcky v příštích letech zkvalitnit. Staňte se spoluautory dalších vydání. Dovolujeme si Vás požádat i o Vaše vlastní zkušenosti, speciální postupy, pomůcky a materiály, pokud budete souhlasit s jejich zpřístupněním pro své kolegy.

Upozornění

Tento dokument je určen výlučně pro autorizované osoby - členy ČKAIT, které jsou výhradně oprávněny pořizovat pro svou potřebu jeho tiskové kopie. Jakékoliv další šíření v tištěné, elektronické či jiné podobě ke komerčním účelům prostřednictvím dalších fyzických nebo právnických osob je možné pouze s výslovným souhlasem vydavatele.

ÚVOD

Vyztužené opěrné stěny jsou relativně novými opěrnými konstrukcemi, jejichž myšlenka spočívá v tom, že do zeminy se vloží výztužný prvek, který přebírá tahová napětí. Výztužné prvky, které se vkládají do zemin, jsou nejčastěji sítě z plastických hmot. Výztužné sítě, kterým se říká geomříže, mají mnoho předností, pro které jsou vhodným výztužným materiálem do zemního prostředí. Je to zejména vysoká tahová pevnost, snadná manipulovatelnost, velmi dobrá snášenlivost se zemním prostředím atd. Geomříže nerezaví, jsou odolné proti pH, které se běžně vyskytuje v zemním prostředí. Jako lícové prvky vyztužených opěrných stěn je možné použít drobné betonové prvky, dále je možné použít prefabrikované železobetonové panely, nebo je možné geomříž na líci stěny prostě ohnout a zatáhnout zpět do zemního masivu. Příspěvek se bude dále podrobněji zabývat vyztuženými opěrnými stěnami, u kterých jsou na líci použity malé betonové prvky.

1 PRVKY SYSTÉMU

1.1 Betonové prvky

Mezi malé betonové prvky, které se používají na líc vyztužených opěrných stěn, se zahrnují betonové prvky z prostého betonu, které mají přibližný rozměr betonových tvárnic. Prvky se vyrábějí zpravidla vibrolisováním ve výrobnách betonového zboží. Betonové prvky pro vyztužené opěrné stěny musí být uzpůsobeny tak, aby bylo možné k těmto prvkům připojit geomříž. Mohou být vylehčeny dutinami, čímž se zmenšuje jejich hmotnost a usnadňuje manipulovatelnost. V konstrukci opěrné stěny se tyto dutiny vyplňují drenážním materiálem.

Obr. 1 Příklady betonových prvků pro líc vyztužených opěrných stěn

Pro ilustraci jsou dále uvedeny příklady některých betonových prvků. Příklady betonových prvků pro vyztužené opěrné stěny jsou nakresleny na obr. 1. Betonové prvky se ukládají do zdiva nasucho, bez maltování. Všechny prvky mají shora otvory, které slouží pro osazení plastových kolíčků. Těmito kolíčky se spojují jednotlivé vrstvy zdiva nad sebou a kolíčky slouží také pro uchycení geomříže. Geomříže se ukládají příčným žebrem za plastové kolíčky.

1.2 Geomříže

U vyztužených opěrných stěn se do ložných spár mezi betonové prvky vkládají horizontální vrstvy výztužných geomříží. Hlavní funkcí geomříže v konstrukci vyztužené opěrné stěny je přenášet tahová namáhání, která není schopná přenášet samotná zemina mezi geomřížemi. Tato zemina se nazývá vyztužená zemina a tvoří jednu z hlavních konstrukčních prvků opěrných stěn. Podobně jako u železobetonu tak i u vyztužené zeminy musí dojít k přenosu napětí z tlačené zeminy do tažené výztuže. U obou typů konstrukcí je proto shodná záležitost kotevní délky výztuže.

Geomříže jsou relativně nové materiály pro nosné konstrukce, které vznikly v posledních desetiletích s vývojem plastických hmot. Pro stavebního inženýra se zde objevuje nová myšlenka a tou je skutečnost, že umělá hmota by se měla stát novým nosným materiálem, podobně jako beton, ocel nebo zdivo. Tuto myšlenku lze přijmout samozřejmě pouze tehdy, pokud bude plastická hmota namáhána pouze tahem a pokud budou její vlastnosti ověřeny zkouškami podobně jako u ostatních nosných materiálů. K ověření vlastností existuje v současné době řada norem jak ASTM, tak ISO nebo EN.

Geomříž - je syntetický materiál, který se skládá z jednotlivých křížících se prutů. Tyto pruty jsou od sebe vzdáleny tak, že vytvářejí oka nebo otvory takové velikosti, že dokáží přerušit zeminu, která je obklopuje. Oka geomříže mají nejčastěji velikost od 10 do 100 mm. Pruty geomříží můžeme rozdělit na pruty podélné a příčné. Mohou být vyrobeny z mnoha různých materiálů a rovněž různé může být spojení v křížení podélných a příčných prutů. Prvotní funkcí geomříží je funkce výztužná. V konstrukcích vyztužených opěrných stěn a vyztužených svahů se používají jednoosé geomříže, protože namáhání je v těchto konstrukcích rovněž jednoosé. Jednoosé geomříže jsou takové, u kterých pruty v jednom směru jsou silnější než pruty ve druhém směru.

Geomříže, které se dnes nejčastěji používají, je možné rozdělit v zásadě do dvou skupin:

  • Do první skupiny geomříží patří polyolefinové geomříže, které mají tuze spojená podélná a příčná žebra. U jednoosých geomříží se zpravidla používá vysokohustotní polyethylen (HDPE). Geomříže se vyrábějí tak, že polyolefinový plát se prodírkuje kruhovými otvory v pravidelném rastru. Potom se tento plát jednoose natahuje a z kruhových otvorů vzniknou vlastně větší elipsovité otvory s nataženými podélnými žebry, zatímco příčná žebra zůstanou nenatažená. Protažený materiál mezi otvory jsou žebra geomříže. Molekulární struktura v podélných žebrech je vysoce protažená a pevnost, modul pružnosti a dlouhodobá pevnost jsou značně zvýšené oproti původnímu nezdeformovanému materiálu. Styk příčných a podélných prutů je prakticky tuhý. Požadovaná pevnost geomříže se získá tloušťkou původního polymerováho plátu, ze kterého se geomříž tvaruje.
  • Druhým typem geomříží jsou geomříže z příze. Do této skupiny patří nejvíce typů geomříží. Tyto geomříže jsou nejčastěji z vláken vysokopevnostního polyesteru (PET). Polymerová příze se tká nebo plete na konvenčních textilních strojích do požadovaného výrobku. Požadovaná pevnost se jednoduše získá tak, že do jednotlivých pramenů se přidá více vláken. Rovněž se může měnit vzdálenost jednotlivých pramenů. Zapletení jednotlivých kolmých pramenů v jejich průsečících je důležitá věc a liší se výrobek od výrobku. V dalším kroku jsou geomříže potahovány povlakem nejčastěji stříkáním a potom namočením do bitumenu, latexu nebo polyvinylchloridu (PVC). Smyslem tohoto potažení je zachování geometrické stability výrobku a ochrana vláken před poškozením během ukládání a za provozu.

Na obr. 2 jsou ukázky prvního a druhého typu uvedených geomříží. Na levém obrázku je příklad prvého typu a to polyolefinová geomříž z vysokohustotního polyethylenu a na pravém obrázku je příklad geomříže druhého typu a to tkaná geomříž z vysokopevnostního polyesteru s povlakem z PVC.

Obr. 2 Příklad geomříže z polyethylenu a z polyesteru

1.2.1 Vlastnosti geomříží

Mezi základní vlastnosti geomříží patří tahová pevnost geomříží, ve které se musí zohlednit vlivy, které mohou na geomříž působit v průběhu její životnosti jak v procesu výstavby tak také v hotové nosné konstrukci. Vlivy, které jsou důležité při vyhodnocení dlouhodobého chování geosyntetické výztuže, jsou degradace v důsledku fyzických a chemických aktivit v zemině jako je hydrolýza, oxidace, vznik trhlin ve výztuži od přetváření a napětí zemního prostředí, dále poškození při instalaci a také vliv vyšších teplot v místech připojení k betonovým prvkům.

Jednotlivé geomříže se liší v druhu polymeru, ze kterého jsou vyrobeny, v přísadách, v geometrii geomříže a ve výrobním postupu. Každá geomříž je rozdílná z hlediska její odolnosti vůči stárnutí. Proto musí být každá geomříž zkoušená a vyhodnocovaná individuelně. Zkoušky geomříží, kterými se definují jejich mechanicko-fyzikální vlastnosti, které se potom dále používají ve výpočtech, provádějí zpravidla výrobci geomříží a v rámci podpory prodeje dávají výsledky těchto zkoušek k dispozici odborné veřejnosti.

Základní vlastnosti

Fyzikální vlastnost geomříží, jako je druh struktury, dimenze žeber, druh stykování žeber, velikost otvorů a tloušťka je možné měřit přímo a to poměrně jednoduše. Dalšími vlastnostmi je hmotnost geomříže na jednotku plochy, která se pohybuje od 200 g/m2 do 1000 g/m2 a procentuální podíl otvorů, který se pohybuje od 40 do 95 %. Hmotnost geomříže závisí na procentuálním podílu otvorů a na objemové hmotnosti polymeru, ze kterého je vyrobena. Zkoušení základních vlastností je velice podobné měření a zkoušení ostatních stavebních materiálů. V dalším textu jsou uvedeny ostatní vlastnosti geomříží, které jsou pro tyto materiály specifické.

  • Pevnost v tahu je základní mechanickou vlastností každé geomříže. Tato pevnost v tahu je krátkodobá pevnost. Při výpočtu vyztužených opěrných stěn se vychází z této krátkodobé pevnosti geomříží, která se redukuje vlivy dlouhodobého působení zatížení, trvanlivosti geomříží a vlivu poškození geomříží při ukládání během výstavby stěny. Při experimentálním stanovení uvedených zmenšujících vlivů se postupuje metodou porovnání zkušebních vzorků s touto základní tahovou pevností. Z uvedeného výčtu je patrné, že se jedná skutečně o základní veličinu.

Tahovou zkoušku geomříží je možné provádět buď tahovou zkouškou jednoho žebra, nebo tahovou zkouškou geomříže na širokém pruhu. Přitom tahová zkouška jednoho žebra se používá pouze jako orientační zkouška. Pro získání směrodatných hodnot se používá vždy tahová zkouška na širokém pruhu. Tahová zkouška geomříže na širokém pruhu je nejdůležitější tahovou zkouškou a má prioritní význam. Při této zkoušce se zkouší větší zkušební vzorek než v případě zkoušky jednoho žebra, čili vzorek má na šířku několika podélných žeber a na délku může mít rovněž několik uzlů.

Informace, které se získají z tahové zkoušky geomříže na širokém pruhu, zahrnují mnoho faktorů: tahovou pevnost, při které došlo k porušení geomříže (kN/m), protažení geomříže v okamžiku porušení (%), tahové napětí pro různé hodnoty protažení (kN/m) např. napětí při protažení 1 %, 2 %, 5 % a počáteční případně sečnový tahový modul (kN/m).

Hlavním rozdílem mezi zkouškou na širokém pruhu a zkouškou na jednom žebru geomříže je to, že zkouška se provádí na širokém vzorku. Šířka vzorku geomříže je větší než jeho délka. Některé geomříže mají tendenci se při natahování zužovat. Smyslem tahové zkoušky na širokém a krátkém vzorku je minimalizovat kontrakční efekt geomříží a tak se více přiblížit jejímu skutečnému chování v reálné konstrukci. Při tahové zkoušce se zkouší samotná geomříž, to znamená bez spoluúčasti obklopující zeminy. Tlak zeminy, která ve skutečnosti obklopuje geomříž, způsobí, že geomříž má nepatrně vyšší pevnost.

Zkušební normy, podle kterých je možné v současnosti zjišťovat pevnost v tahu na širokém pruhu, jsou:

ASTM D 4595 Zkušební norma pro stanovení tahových vlastností geotextilií na širokém pruhu

ČSN EN ISO 10319 Geotextilie - Tahová zkouška na širokém proužku

Za zmínku stojí uvést skutečnost, že výsledky zkoušek se statisticky zpracovávají a krátkodobá pevnost geomříže by měla být uvedena s 95 % zárukou.

  • Dlouhodobé přetváření geomříže je nárůst přetvoření geomříže v čase při trvajícím zatížení. Je to jedna z nejdůležitějších vlastností týkající se trvanlivosti geomříží, kdy při trvajícím zatížení narůstá deformace v čase. Dlouhodobé přetváření je hlavně závislé na úrovni napětí, čase, teplotě a vlivech prostředí.

Při stanovení součinitele dlouhodobého přetváření se postupuje tak, že zkušební vzorky se zatíží vyšší úrovní tahové síly a to takovou, aby v relativně krátkém čase došlo k přetržení vzorků. Na základě několika tahových zkoušek se sestrojí graf závislosti zatížení na čase v logaritmickém měřítku. Křivka grafu se dále extrapoluje až k požadované životnosti a odečte se příslušné zatížení. Reciproká hodnota poměru tohoto zatížení a krátkodobé pevnosti je součinitel bezpečnosti dlouhodobého zatížení. Zkoušky dlouhodobého přetváření geomříží mohou být provedeny mnohem rychleji než klasickým zatěžováním po dlouhou dobu a to působením zvýšené teploty, protože zvýšená teplota urychluje mechanismus dlouhodobého přetváření.

Zkušební normy, podle kterých je možné v současnosti zjišťovat dlouhodobé přetváření geomříží, jsou:

  • ASTM D 5262 Zkušební norma pro stanovení dlouhodobého chování geosyntetik při namáhání tahem
  • ČSN EN ISO 13431 Geotextilie a výrobky podobné geotextiliím - Zjišťování chování při tečení v tahu a přetrhu při tečení v tahu
  • Trvanlivost je hlavním problémem polymerních materiálů včetně výztužných geomříží, pokud se požaduje jejich dlouhodobé fungování. Degradace polymerních materiálů zpravidla způsobí ztrátu pevnosti. Veškeré všeobecně akceptované návrhové a výpočtové postupy pro vyztužené opěrné stěny vyžadují, aby tato potenciální ztráta pevnosti byla zahrnuta do stanovení dlouhodobé pevnosti geomříže. Jelikož většina geosyntetik je zabudovaná v neagresivním zemním prostředí, tak degradace nastává velmi pomalu téměř neměřitelnou rychlostí.

Studie, které byly provedeny v minulých letech, prokázaly, že polyolefiny jako je polypropylen (PP) a polyethylen (PE) snadno podléhají degradaci ultrafialovými paprsky a degradaci oxidací, zatímco polyestery (PET) podléhají hydrolýze. Studie dále ukázaly, že degradace polypropylenu a polyethylenu je možné usměrnit přidáním antioxidantů do polymeru a odolnost polyesteru proti hydrolýze je možné zvýšit zvětšením molekulové hmotnosti a zmenšením počtu konečných karboxylových skupin. Je nutné také zdůraznit, že tyto degradační reakce jsou zpravidla pomalé.

V souboru norem jak ASTM, tak EN je celá řada norem, podle kterých je možné zkoušet trvanlivost geomříží. Typ zkoušky se vždy volí podle typu výchozího polymeru geomříže a tím pádem jeho náchylnosti na různé prostředí.

  • Porušení při ukládání

Během ukládání geomříže do konstrukce vyztužené opěrné stěny může dojít k jejímu lokálnímu porušení. Porušení mohou způsobit buď pracovníci svojí neopatrností, nebo stavební stroje při ukládání a hutnění zeminy, zejména pokud stavební stroje přímo pojíždějí po geomříži a nebo pokud sypou zeminu na geomříž z příliš vysoké výšky. Geomříž může být také porušena ostrými zrny kameniva. Proto ukládání geomříží na stavbě do konstrukce opěrné stěny vyžaduje opatrnost. Porušení geomříží při ukládání má za následek snížení její tahové pevnosti. Toto snížení pevnosti se musí zahrnout do výpočtu. K vyšší ztrátě tahové pevnosti geomříží dochází tam, kde se používá hrubozrnné, lomové nebo ostrohranné kamenivo s přerušenou křivkou zrnitosti a také tam, kde se k ukládání zeminy používají těžké mechanismy.

Zkušební normy, podle kterých je možné v současnosti zjišťovat porušení při ukládání, jsou:

  • ASTM D 5818 - Zkušební norma pro stanovení porušení geosyntetik při ukládání do zeminy
  • BS 8006 - Vyztužená zemní tělesa - dodatek D - Zkouška porušení geomříže při ukládání do zeminy

Principem zkušebních metod je to, že vzorek geomříže se při daných podmínkách zabuduje do zeminy. Následně se vzorek vyjme, zkouší se na tah a tato pevnost se porovnává s krátkodobou tahovou pevností geomříže. Výsledkem porovnání je zmenšující součinitel, který zahrnuje porušení při ukládání.

  • Dlouhodobá návrhová pevnost geomříže se označuje LTDS a je to pevnost geosyntetické výztuže při limitních podmínkách rovnováhy v zemině. LTDS je definovaná jako pevnost geosyntetické výztuže na konci životnosti konstrukce opěrné stěny. Aby byla konstrukce provedena řádně, musí veškerá návrhová kritéria vyhovovat po celou dobu její životnosti. Dlouhodobá návrhová pevnost geomříže se stanoví ze vztahu:

(1)

kde
LTDS
je
dlouhodobá návrhová pevnost geomříže. Hodnota se udává v kN/m.
 
Tult
 
mezní krátkodobá tahová pevnost nebo mez kluzu geomříže stanovená na základě takových zkoušek provedených na širokém pásu výztuže. Hodnota se udává v kN/m.
 
RFCR
 
součinitel dlouhodobého přetváření neboli dotvarování, který je poměrem mezní pevnosti Tult ku dlouhodobé limitní pevnosti, která se získá z dlouhodobých laboratorních zkoušek. Hodnota tohoto součinitele se pohybuje zpravidla od 1,5 do 5,0. Součinitel je bezrozměrný.
 
RFD
 
součinitel trvanlivosti, který je závislý na odolnosti geosyntetické výztuže proti působení ultrafialového záření, proti oxidaci, hydrolýze, proti působení mikroorganismů, chemikálií, teploty a proti vzniku trhlin. Hodnota součinitele se stanovuje komplexně a závisí zejména na druhu polymeru, ze kterého je geomříž vyrobena a také na tom, jaké jsou hlavní degradační vlivy působící na tento polymer. Hodnota tohoto součinitele se zpravidla pohybuje v hodnotách od 1,1 do 2,0. Součinitel je bezrozměrný.
 
RFID
 
součinitel poškození geomříže při jejím ukládání do zeminy, jehož hodnota závisí na zrnitostním složení zeminy, kterou se geomříž zasypává, a na hmotnosti geomříže. Hodnota součinitele se může pohybovat od 1,05 do 3,0. Součinitel je bezrozměrný.

Zde je nutné připomenout, že označení veličin je provedeno podle doporučení NCMA. NCMA je zkratka organizace National Concrete Masonry Association se sídlem ve Virginii v USA. Tato metodika se v současné době jako jediná zabývá výpočtem a navrhováním vyztužených opěrných stěn s betonovými prvky na líci.

  • Spolupůsobení zeminy a geomříže Kromě chování samotných geomříží je také velice podstatné chování geomříží ve spolupůsobení s obklopující zeminou. Pro statický výpočet je potřebné znát číselné vyjádření tohoto chování. Jedinou možností, jak číselné vyjádření získat, je provést experimentální zkoušky interakce geomříže a zeminy. Jedná se v postatě o dvě zkoušky a to o zkoušku smykové pevnosti mezi geomříží a zeminou a o zkoušku síly potřebné k vytažení geomříže ze zemního bloku. Obě zkoušky jsou dvouosé zkoušky a jsou to zkoušky náročné hlavně na velikost zkušebního zařízení a z toho pak vyplývající požadavek na velikost zatěžovacích sil. Kromě toho četnost zkoušek by měla být větší proto, že interakci mezi geomříží a zeminou je nutné zkoušet pro několik druhů zemin.

a) Smyková pevnost mezi geomříží a zeminou

Zkouška pro stanovení smykové pevnosti mezi geomříží a zeminou je vlastně upravená forma konvenční geotechnické zkoušky přímým smykem. Úprava spočívá v tom, že jedna z částí smykové krabice musí být opatřena svorkami pro připevnění vrstvy geomříže na stykovou plochu. Při této zkoušce je geomříž připevněna k bloku a při působení normálové síly se posouvá po vrstvě zeminy ve smykovém přístroji. Maximální smykové napětí, které se získá, je smyková pevnost. Zkouška se provádí pro různé hodnoty normálové síly. Zkušební postup se opakuje tak dlouho, dokud se nezíská dostatečný počet výsledků na to, aby bylo možné sestrojit graf závislosti smykové pevnosti na normálovém zatížení. Výsledná čára je známá jako Mohr-Coulombova obálka porušení. Z grafu se získají smykové pevnostní charakteristiky dané geomříže a dané zeminy, to je hodnota adheze, čili přilnavosti geomříže k zemině a úhel tření mezi geomříží a zeminou. Pokud se provede smyková zkouška ve stejném smykovém přístroji a se stejnou zeminou, ale bez geomříže, získají se analogické smykové parametry a to hodnota koheze a úhel vnitřního tření samotné zeminy.

Zkušební normy, podle kterých je možné v současnosti zjišťovat smykovou pevnost na styku mezi zeminou a geomříží, jsou:

  • ASTM D 5321 - Zkušební norma pro stanovení součinitele tření mezi geosyntetikem a zeminou, nebo mezi geosyntetiky navzájem metodou přímého smyku
  • ČSN EN ISO 12957-1 - Geosyntetika - Stanovení třecích vlastností - Část 1: Přímá smyková zkouška

Použití výsledků zkoušek ve výpočtu

Ve statickém výpočtu je třeba znát hodnotu součinitele Cds, což je součinitel přímého posunutí po vrstvě geomříže. Hodnotu součinitele je možné stanovit z výsledků výše popsané zkoušky následovně

Cds = tgδ / tgϕ

(2)

kde
δ
je úhel vnitřního tření na stykové ploše mezi geomříží a zeminou (º)
 
ϕ
úhel vnitřního tření samotné zeminy (º)

b) Vytažení geomříže ze zeminy

Aby bylo možné geomříž namáhat tahem, musí být zakotvena do zeminy na kotevní délku. K zakotvení geomříže do zeminy dochází hlavně díky relativně velkým otvorům v geomříži, do kterých se zaklestí zemina a tím se v místech otvorů geomříží spojí zemní prostředí nad a pod geomříží. Síla, kterou je geomříž zakotvena do zeminy, je součtem třech nezávislých sil. První síla je smyková síla podél, to je nad i pod, podélných žeber geomříže. Druhá síla je smyková síla, rovněž nad i pod, na příčných žebrech. Třetí síla je pasivní odpor v líci příčných žeber. Prostřednictvím této třetí síly se zemina dostává do pasivního stavu a brání vytažení svojí únosností. Tato únosnost může mít podstatný vliv na velikost kotevní síly.

Pro posouzení toho, zda geomříž je dostatečně zakotvena do zeminy, je třeba znát součinitel interakce mezi zeminou a geomříží Ci. Tento součinitel je rozdílný od již zmíněného součinitele přímého posunutí Cds v tom, že k pohybu zeminy dochází po obou površích geomříže. Pro stanovení hodnoty tohoto součinitele se provádějí experimentální zkoušky. Zkoušky se provádějí pro různé druhy zemin, protože pro různé zeminy jsou výsledky vytahávací síly různé.

Experimentální zkouška se provádí tak, že geomříž se zabuduje do zeminy, která se uloží do zkušební krabice. Při určité hodnotě normálové síly se geomříž z této zeminy vytahává. Zkušební krabice musí být dostatečně velká a tuhá, což znamená, že toto je nejnáročnější zkouška geomříží. Při zkoušce se měří jednak vytahávací síla, ale i deformace geomříže po její délce zabudované v zemině. Tato náročná, poměrně kompletní zkouška zahrnuje rovněž vliv příčných žeber geomříže a styků jednotlivých prutů geomříže na celkovou sílu potřebnou k vytažení geomříže.

Zkušební normy, podle kterých je možné v současnosti zjišťovat sílu potřebnou k vytažení geomříže ze zeminy, jsou:

  • ASTM D 6706 - Zkušební norma pro stanovení síly potřebné k vytažení geosyntetické výztuže ze zeminy
  • ČSN EN 13738 - Geotextilie a výrobky podobné geotextiliím - Zjišťování odolnosti proti vytažení ze zeminy

Použití výsledků zkoušek ve výpočtu

Cílem této zkoušky je stanovení součinitele interakce mezi zeminou a geomříží Ci, který se používá pro výpočet kotevních délek geomříží. Hodnota parametru Ci je závislá na typu geomříže, druhu zeminy a také na parametrech zkoušky. Součinitel interakce Ci se vypočítá z následujícího vztahu:

(3)

kde
F
je
maximální tahové zatížení v kN
 
2
 
uvažuje se, že ve styku se zeminou jsou oba povrchy geomříže
 
A
 
plocha vzorku uložená v zemině, změřená před započetím zkoušky v m2
 
σn
 
normálový tlak, který působil na vzorek v kPa
 
ϕ
 
úhel vnitřního tření zeminy stanovený smykovou zkouškou ve º
 
c
 
koheze stanovená smykovou zkouškou v kPa

1.3 ZEMINY

Zeminy, které se používají pro konstrukci vyztužené opěrné stěny tak i ty, které obklopují stěnu, mají zpravidla velký vliv na návrh konstrukce.

1.3.1 Vyztužená zemina

Prostor mezi geomřížemi se vysypává zeminou, které se zjednodušeně říká „vyztužená zemina“. Tato zemina vytváří konstrukci stěny. Vyztužená zemina je důležitou a podstatnou složkou vyztužených opěrných stěn s betonovými prvky. Pro vyztuženou zeminu se doporučují zeminy písčité a štěrkovité, protože tyto zeminy se snadněji ukládají a hutní než jemnozrnné zeminy, mají vyšší propustnost než jemnozrnné zeminy, což pomáhá při drenáži, mají vyšší smykovou pevnost a jsou všeobecně méně náchylné na dlouhodobé přetváření. Nevhodné zeminy jsou zeminy typu Pt, OH, OL, CH, MH.

Společnost NCMA dává doporučení na složení vyztužené zeminy. Složení této zeminy je uvedeno v tab. 1.

Tab. 1 Vyztužená zemina podle NCMA

 
Velikost otvoru síta
 
Procentuální podíl zrn menších
 
100
 
75÷100
 
4,75
 
20÷100
 
0,425
 
0÷60
 
0,075
 
0÷35

Doporučená zrnitost se klasifikuje jako štěrky a písky. Má do 35 % zrn, která projdou sítem 0,075 mm, takže jsou přípustné i jílovité písky, prachové písky, jílovité štěrky a prachové štěrky. Z doporučené zrnitosti vyplývá, že by neměly být navrhované zeminy, které mají více než 35 % jemných částic, tj. hubený jíl (CL), prach (ML), tučný jíl (CH) a elastický prach (MH).

Maximální velikost zrna vyztužené zeminy je stanovena na 19 mm. Pokud se použije zemina se zrny většími, je třeba provést zkoušky na stanovení součinitele porušení geomříže při instalaci. Index plasticity (číslo plasticity) jemné frakce by neměl překročit hodnotu 20.

1.3.2 Drenážní materiál a zeminy pro zásyp betonových tvarovek

Prostor v dutinách tvarovek a za betonovými tvarovkami se vysypává drenážním materiálem. Tento drenážní materiál má za úkol odvádět vodu, která se dostane do prostoru stěny z okolního terénu a také povrchovou vodu, která prosákne shora. Smyslem drenážního materiálu je odvést tuto vodu co nejrychleji ke sběrné drenážní trubce a potom mimo prostor opěrné stěny. Drenážní materiál odstraní hydrostatický tlak na betonové tvarovky, který by jinak na ně mohl působit. Založení sloupce betonových tvarovek se často provádí na štěrkovém polštáři. Materiál štěrkového polštáře může být stejný jako materiál, kterým se zasypávají dutiny mezi betonovými tvarovkami. Složení drenážního materiálu je uvedeno v tab. 2.

Tab. 2 Složení drenážního materiálu

 
Velikost otvoru síta
 
Procentuální podíl zrn menších
 
25
 
100
 
19
 
75÷100
 
4,75
 
0÷60
 
0,425
 
0÷50
 
0,075
 
0÷5

Drenážní materiál je obecně hrubozrnné kamenivo s dobrou drenážní schopností, bývá to štěrk, říční nebo drcený. Slouží k zachycení a odvedení vody a tím k uvolnění hydrostatického tlaku. Za zeminu s dobrou drenážní schopností se považuje zemina, která má méně než 5 % zrn menších než 0,075 mm a méně než 7 % zrn menších než 0,15 mm.

2 KONSTRUKCE STĚNY

Vyztužené opěrné stěny s betonovými prvky se skládají z betonových prvků, z vyztužené zeminy, z geomříží, z drenážního materiálu, drenážní trubky a odvodňovacího žlabu.

Betonové prvky tvoří líc opěrné stěny. Prvky se mezi sebou spojují nasucho. Prvky v jedné vrstvě se vedle sebe prostě poskládají, prvky ve vrstvách nad sebou se spojují plastovými kolíčky. Prvky ve vrstvách nad sebou se ukládají na běhounovou vazbu. Do některých suchých ložných spár se vkládají geomříže. Geomříže se vkládají tak, aby jejich příčné žebro bylo zaklesnuto za plastové kolíčky. Dutiny v tvarovkách a svislý komín šířky min. 200 mm za tvarovkami se vysypává drenážním materiálem. Sloupec betonových prvků se zakládá zpravidla na štěrkovém polštáři, jehož mocnost je min. 200mm. Dno štěrkového polštáře je mírně vyspádované. Do nejnižšího místa štěrkového polštáře se ukládá drenážní trubka, jejíž úkolem je odvést vodu z prostoru opěrné stěny a to buď na okolní terén, nebo do kanalizace. V koruně opěrné stěny je vhodné provést odvodňovací žlab, zejména pokud je terén nad stěnou svažitý. Žlab má za úkol zachytit a odvést vodu, které stéká ze svahu a tím zabránit přetékání vody přes korunu stěny, smáčení a špinění stěny. Na obr. 3 je nakreslen typický příklad vyztužené opěrné stěny s betonovými prvky včetně popisu jednotlivých prvků.

Obr. 3 Konstrukce vyztužené opěrné stěny s betonovými prvky

2.1 Výška, tloušťka a hmotnost stěny

Jedním ze základních parametrů vyztužené opěrné stěny a také hodnoty potřebné pro výpočet je výška stěny. Výška stěny nad terénem se měří svisle a je to vzdálenost od bodu, kde se terén dotýká stěny až po nejvyšší bod betonových prvků. Hloubka zapuštění stěny pod terén se měří rovněž svisle a je to vzdálenost od bodu, kde se terén dotýká stěny, k nejnižšímu bodu betonových prvků. Celková výška stěny, výška stěny nad terénem a hloubka zapuštění stěny pod terén jsou patrné z obr. 3.

Tloušťka stěny L je jedním z hlavních parametrů opěrné stěny. Je to v podstatě šířka vyztužené zóny včetně šířky betonových prvků. Tloušťka stěny je graficky znázorněná na obr. 3. Požadovaná tloušťka stěny L se stanoví na základě výsledků externí a interní stability. Minimální šířka stěny je podle doporučení NCMA Lmin = 0,6 H bez ohledu na výsledky stabilitních výpočtů, kde H je celková výška stěny. Smyslem tohoto empirického omezení šířky stěny L je vyvarovat se nezvykle úzkým vyztuženým opěrným stěnám. Je třeba ale důrazně upozornit na to, že toto je skutečně minimální tloušťka stěny, která vyhoví pro rovný terén nad opěrnou stěnou a pro minimální přitížení terénu nad opěrnou stěnou. Pro svažitý terén nad opěrnou stěnou nebo pro přitížení terénu nad opěrnou stěnou je nutné délku geomříží a tím také vyztuženou zónu prodloužit.

Pro výpočet externí stability se neuvažuje zvlášť hmotnost vyztužené zeminy a hmotnost betonových prvků z důvodu malých rozdílů v objemových hmotnostech. Ovšem při výpočtu interní stability - posunutí po nejníže položené vrstvě geomříže a při výpočtu lokální stability je třeba znát hmotnost sloupce betonových prvků včetně štěrku.

2.2 Odklon líce stěny od svislice

Vyztužené opěrné stěny s betonovými prvky je možné stavět svislé, ale také odkloněné od svislice. Dodržení svislosti i stálého úhlu odklonění od svislice umožňuje spojovací kolíčkový systém, který se používá pro spojení jednotlivých vrstev zdiva nad sebou. U různých skupin betonových prvků je možné dosáhnout různých odklonů stěn. Za maximální úhel odklonu od svislice se považuje úhel cca 20°.

2.3 Založení stěny

Založení vyztužené opěrné stěny s betonovými prvky není nutné do nezámrzné hloubky. Sloupec betonových prvků se zakládá na štěrkovém polštáři mocnosti min. 200 mm. Předpokládá se, že vrstva štěrku přeruší kapilární vzlínavost vody. Pouze v případech, kdy se v podzákladí stěny nacházejí namrzavé a rozbřídavé zeminy, je nutné základovou spáru mezi štěrkovým polštářem a základovou zeminou situovat do nezámrzné hloubky. V tab. 3 jsou uvedeny minimální hodnoty zapuštění stěny pod terén tak, jak je doporučuje NCMA.

Tab. 3 Minimální hloubka zapuštění stěny pod terén Hemb

 
Sklon svahu před stěnou
 
Minimální hloubka zapuštění stěny
 
terén vodorovný - opěrná stěna
 
H´/20
 
terén vodorovný - opěra (mostní, boční)
 
H´/10
 
terén svažitý ve sklonu 18º
 
H´/10
 
terén svažitý ve sklonu 26º
 
H´/7
 
minimální požadavek
 
0,15m

Minimální hloubka zapuštění stěny pod terén by se měla zvětšit v těchto případech:

  • předpokládá se větší sedání stěny v důsledku méně únosných zemin v podloží
  • u paty stěny hrozí odplavení zeminy
  • stěna tvoří nábřeží vodního toku
  • pod štěrkovým polštářem se nacházejí namrzavé zeminy
  • v blízkosti paty stěny je prudký svah

2.4 Vyztužení geomřížemi

Návrhová metodika NCMA předpokládá 100 % pokrytí geomřížemi - tj. kontinuální vyztužení. Menší pokrytí než 100 % by nemělo být použito. Ve výpočtech interní a lokální stability se uvažuje podél líce stěny rovnoměrně rozdělené napětí. Aby se vyhovělo tomuto předpokladu, tak geomříže by neměly mít mezi sebou volná místa, ale měly by být sraženy k sobě.

3 VÝPOČET STĚNY

Opěrné stěny vyztužené geomřížemi jsou podle konstrukce gravitační opěrné stěny, které vzdorují destabilizujícím silám svojí hmotností. Proti účinku destabilizujících sil od aktivního zemního tlaku od vlastní hmotnosti zeminy a přitížení terénu spolupůsobí betonové prvky s geomřížemi a vyztuženou zeminou. Vyztužené opěrné stěny s betonovými prvky je možné použít také pro větší výšku stěny a pro větší zatížení. Tento druh opěrných stěn se používá i v situacích, kdy je opěrná stěna namáhána dynamickými účinky, například stěna může podepírat komunikaci nebo železnici.

Posouzení vyztužených opěrných stěn s betonovými prvky probíhá ve čtyřech hlavních etapách. Jedná se o posouzení:

  • externí stability
  • interní stability
  • lokální stability
  • globální stability

3.1 Metoda výpočtu

Metoda navrhování vyztužených opěrných stěn podle NCMA je v podstatě metodou celkového součinitele bezpečnosti. Znamená to, že vlastnosti zemin se dosazují v charakteristických hodnotách, to je nezmenšené pomocí součinitelů materiálu. Zatížení se zadávají rovněž v charakteristických hodnotách, to je nezvětšené pomocí součinitelů zatížení. Ovšem na pevnostní charakteristiky geomříží se aplikují dílčí součinitele bezpečnosti jako např. součinitel dlouhodobě působícího zatížení, součinitel trvanlivosti, součinitel porušení při ukládání atd. Důvodem je skutečnost, že uvedené vlivy podstatným způsobem redukují pevnost geomříží a to u různých geomříží různě.

NCMA udává doporučené hodnoty minimálních součinitelů bezpečnosti pro různé způsoby porušení. Hodnoty těchto součinitelů jsou uvedeny v tab. 4.

Tab. 4 Doporučené minimální hodnoty součinitelů bezpečnosti a návrhová kritéria

 
Doporučené minimální součinitele bezpečnosti a návrhová kritéria pro vyztužené opěrné stěny
 
Způsob porušení
 
 
Součinitel bezpečnosti
 
posunutí v základové spáře
 
FSsl
 
1,5
 
překlopení stěny
 
FSot
 
2,0
 
únosnost základové spáry
 
FSbc
 
2,0
 
globální stabilita
 
FSgl
 
1,3 - 1,5
 
tahové namáhání geomříže
 
FSto
 
1,0
 
vytažení geomříže ze zeminy
 
FSpo
 
1,5
 
smyková únosnost připojení
 
FSsc
 
1,5
 
připojení geomříže k betonovým prvkům
 
FScs
 
1,5
 
 
 
 
Návrhová kritéria
 
 
 
nejistoty
 
FSUNC
 
1,5
 
smyková deformace líce stěny (kritérium použitelnosti)
 
 
20 mm
 
připojení (kritérium použitelnosti)
 
 
20 mm
 
minimální šířka stěny
 
L
 
0,6 H
 
minimální hloubka stěny pod terén
 
Hemb
 
150 mm
 
minimální kotevní délka geomříže
 
La
 
300 mm

3.2 Zatížení

Vyztužená opěrná stěna je zatížena zemním tlakem od hmotnosti zeminy, která se nachází za opěrnou stěnou. Dále může být přitížena svahem, který se nachází nad opěrnou stěnou a dalším stálým nebo nahodilým zatížením, které působí nad touto stěnou.

3.2.1 Výpočet aktivního zemního tlaku

Při výpočtu vyztužené opěrné stěny se používá aktivní zemní tlak. Doporučuje se použít Coulombovu teorii zemního tlaku. Důvodem k tomu je skutečnost, že tato teorie zemního tlaku umožňuje zahrnout do výpočtu sklon líce opěrné stěny a také sklon terénu nad opěrnou stěnou. Coulombova teorie zemního tlaku také umožňuje zahrnout vliv tření zeminy na zadním líci opěrné stěny.

3.3 Externí stabilita

Při výpočtu externí stability se uvažuje vyztužená opěrná stěna složená z vyztužené zeminy, z geomříží a z betonových prvků jako jeden homogenní celek, který jako celek také působí. Vyšetřují se síly působící na tento celek od účinků aktivního zemního tlaku od vlastní hmotnosti zeminy a přitížení terénu. Výsledkem výpočtu externí stability jsou vnější rozměry vyztužené stěny a to především tloušťka stěny, čili hloubka vyztužené zóny, čili minimální délka geosyntetické výztuže L.

3.3.1 Posunutí v základové spáře

Základním krokem při posouzení externí stability je posouzení posunutí v základové spáře. Prokazuje se, že nemůže dojít k vodorovnému posunutí stěny v místě základové spáry. V mnoha případech bývá tento způsob porušení rozhodující pro návrh hloubky vyztužené zóny. Horizontální stabilita vyztužené zeminy je zajištěna odporem proti posunutí v základové spáře. Velikost této síly se určí na základě smykové pevnosti nejslabší zeminy umístěné v okolí základové spáry.

3.3.2 Překlopení stěny

V rámci externí stability je nutné posoudit, zda je vyztužená stěna stabilní z hlediska překlopení kolem paty. Je dost málo pravděpodobné, že gravitační masa vyztužené zeminy by se skutečně mohla překlopit. Při výpočtu je ovšem třeba prokázat odpovídající součinitel bezpečnosti proti překlopení zejména proto, aby nedocházelo k nadměrným deformacím a nadměrnému vyklánění líce stěny.

3.3.3 Únosnost základové spáry

V rámci posouzení externí stability se provádí rovněž posouzení základové spáry, které má prokázat, že základová zemina nebude přetížena a nebude docházet k nadměrným deformacím v místech největších tlakových napětí. Pro vyztužené stěny se provádí konvenční posouzení únosnosti základové spáry šířky L. Předpokládá se, že vyztužená zemina působí jako spojitý základový pás, který musí mít dostatečnou šířku L, aby nedocházelo k přílišnému napětí v základové zemině, které by mohlo vést ke smykovému porušení nebo k nadměrnému sedání.

NCMA doporučuje pro rozdělení napětí v základové spáře použít konvenční rozdělení napětí podle Meyerhofa. Používá se proto, aby se zaručil konzervativní odhad působícího napětí v základové spáře. Při tomto obecně známém rozdělení napětí se šířka základové spáry zmenšuje o dvojnásobek excentricity výslednice sil a na této účinné šířce se napětí rozděluje rovnoměrně.

Obr. 4 Schématické znázornění způsobů porušení při posuzování externí stability

3.4 Interní stabilita

Zatímco v rámci externí stability se posuzuje stěna jako celek, při posouzení interní stability se posuzují jednotlivé komponenty opěrné stěny a jejich spolupůsobení. Při výpočtu interní stability se vyšetřuje využití geosyntetické výztuže v zemním tělese za předpokladu, že geosyntetické vrstvy výztuže a zemina spolu spolupůsobí. Vyšetřováním v rámci interní stability se určí minimální požadovaná pevnost geomříží, počet geomříží a jejich vertikální vzdálenost. Rozdělení maximálních interních tahových zatížení a kotevních zón ve vyztužené zemině se odvozuje z interní roviny porušení, u které se předpokládá, že vychází z nejníže položeného bodu zadního líce betonového prvku a směřuje vzhůru pod úhlem αi od vodorovné. Všechny vrstvy geosyntetické výztuže musí mít dostatečnou délku, aby bylo zajištěno jejich řádné zakotvení za interní rovinu porušení. Interní rovina porušení je patrná z obr. 5.

Obr. 5 Definice interní roviny porušení a působení sil při interní stabilitě

3.4.1 Dimenzování geomříží na tah

Geomříže jsou ve vyztuženém zemním tělese namáhány výhradně na tah. Celková tahová síla, kterou jsou schopné přenášet všechny vrstvy geomříží ve vyztuženém tělese dohromady, musí být větší než celková zatěžovací síla od aktivního zemního tlaku. Při výpočtech interní stability se vypočítává aktivní zemní tlak, který působí na zadní líc betonových prvků od přilehlé vyztužené zeminy. Síla v jednotlivé vrstvě výztuže se stanoví jednoduše ze zatěžovací plochy příslušné geomříže a z hloubky geomříže pod povrchem terénu. Síla, která působí v jednotlivých vrstvách geosyntetické výztuže, by neměla překročit dlouhodobou přípustnou návrhovou pevnost geomříže.

3.4.2 Dimenzování geomříží na vytažení ze zeminy

Jednotlivé vrstvy geomříží jsou v konstrukci vyztužené opěrné stěny namáhány tahem. Aby bylo možné geomříž tímto tahem namáhat, tak musí být na obou koncích zakotvena. Zakotvení na zadním konci se děje prostřednictvím kotevní délky geomříže. Kotevní délka geosyntetické výztuže je její délka za aktivním klínem, který je definovaný smykovou rovinou ukloněnou od vodorovné o úhel αi. Vytažení geosyntetické výztuže je zabráněno dostatečnou kotevní kapacitou. Síla potřebná k zakotvení geosyntetické výztuže je závislá na smykové pevnosti zeminy, dále na součiniteli interakce, nebo-li spolupůsobení mezi zeminou a geomříží, na délce zakotvení geomříže a na tlaku nadloží. Součinitel interakce Ci se stanovuje experimentálně pro jednotlivou zeminu a danou geomříž.

3.4.3 Vnitřní posunutí po vrstvě geomříže

Zabudované vrstvy geomříží se mohou stát potenciálními rovinami pro vnitřní posunutí, neboť smykový odpor na styku mezi geomříží a zeminou může být menší než smykový odpor samotné zeminy. Smykový odpor, který vznikne na povrchu geomříže, je přímo úměrný součiniteli přímého posunutí Cds geosyntetického materiálu. Tento součinitel se stanovuje experimentálně upravenou smykovou zkouškou. Kromě smykového odporu, který se vytváří na vrstvě geomříže na styku se zeminou, působí proti destabilizujícím silám také jistou hodnotou smykový odpor, který vzniká v ložné spáře mezi betonovými prvky. Hodnota tohoto smykového odporu roste s hmotností betonových prvků nad vyšetřovanou ložnou spárou a je dále závislá na smykových parametrech suché ložné spáry mezi betonovými prvky s vloženou geomříží. Tyto parametry se stanovují experimentálně pro konkrétní betonové prvky a konkrétní geomříž.

Obr. 6 Schematické znázornění způsobů porušení při posuzování interní stability

3.5 Lokální stabilita

Lokální stabilitou se rozumí interakce a spojení mezi betonovými prvky a geosyntetickou výztuží. Je třeba provést stabilitní analýzu, která by prověřila, že svislý sloupec pohledových prvků zůstane neporušený a že se nebude příliš boulit ani vyklánět. Posouzení v rámci lokální stability zejména omezuje vertikální vzdálenosti geomříží.

3.5.1 Připojení geomříží k betonovým prvkům

Geomříž je připojena k lícovým betonovým prvkům vložením do suchých ložných spár. Toto spojení je spojení převážně třením a částečně i mechanicky, protože geomříž se ukládá za plastové spojovací kolíčky. Mezi betonovými prvky a geosyntetickou výztuží musí být tak velká pevnost v připojení, aby se geosyntetická výztuž nemohla přetrhnout ani vytrhnout ze spojů mezi betonovými prvky. Posouzení připojení geomříže k betonovým prvkům může být při posuzování vyztužené opěrné stěny rozhodující. Pevnost v připojení geomříže k betonovým prvkům roste s hmotností betonových prvků nad vyšetřovanou ložnou spárou a je dále závislá na způsobu spojení mezi betonovými prvky a geomříží, na typu betonových prvků a na geomříži. Pevnost v připojení geomříže k betonovým prvkům se stanovuje experimentálně.

3.5.2 Boulení sloupce betonových prvků

Vertikální úrovně geosyntetických vrstev musí být voleny tak, aby působící boční síly byly bezpečně pod smykovou únosností suché ložné spáry mezi betonovými prvky, tak aby nemohlo docházet k lokálnímu boulení sloupce těchto prvků a k jejich vzájemnému posunu v úseku mezi geomřížemi. Pokud by byla překročena smyková únosnost mezi betonovými prvky, nastalo by nežádoucí lokální vyboulení betonových prvků, což by se odrazilo na vzhledu opěrné stěny. Pro potřeby posouzení boulení jsou nasucho skládané betonové prvky modelovány jako spojitý nosník, na který působí spojité zatížení, to je zemní tlak od vlastní hmotnosti zeminy a od přitížení terénu. Podpory, ve kterých vznikají reakce, jsou v tomto případě jednotlivé vrstvy geomříží, ve kterých vzniká tahová síla opačné orientace, než je síla od zemního tlaku.

3.5.3 Maximální nevyztužená výška betonových prvků

V rámci lokální stability se musí prověřit, zda jsou betonové prvky od koruny stěny až po první geomříž pod terénem stabilní jako volně stojící opěrná stěna, čili jinými slovy, zda není první geomříž pod terénem příliš hluboko. Posouzení tohoto způsobu porušení nabývá na významu zejména tehdy, je-li větší přitížení terénu nad opěrnou stěnou. Posouzení se provádí na posunutí v ložné spáře s nejvýše položenou vrstvou geomříže a na překlopení sloupce betonových prvků nad touto nejvýše položenou geomříží stejným způsobem jako u gravitačních stěn.

Obr. 7 Schematické znázornění způsobů porušení při posuzování lokální stability

3.6 Globální stabilita

Porušení globální stabilitou se nazývá stav, kdy se pohybuje celá vyztužená masa včetně zeminy za stěnou a pod stěnou. Plocha porušení přitom prochází mimo vyztuženou masu, to je za vyztuženou stěnou a pod ní. Předpokládá se, že vyztužené zemní těleso působí v celkové rotující mase jako souvislá neporušená konstrukce. Porušení globální stability by mělo být nedílnou součástí posouzení opěrné stěny. Porušení globální stability může nastat zejména tehdy, pokud se v podloží stěny a za stěnou nacházejí neúnosné zeminy nebo pokud se v blízkosti základové spáry stěny nebo dokonce v opěrné stěně a za stěnou vyskytuje podzemní voda. K porušení globální stability může dojít také u stěn, které mají v patě prudký svah. Při posuzování globální stability se používá klasická Bishopova metoda, kdy se předpokládá kruhová smyková plocha porušení.

Obr. 8 Schematické znázornění porušení při posuzování globální stability

4 ZÁVĚR

Vyztužené opěrné stěny s betonovými prvky na líci jsou relativně novými stavebními konstrukcemi, jejichž vývoj byl podmíněn vznikem geomříží z plastu jako nového konstrukčního materiálu. Díky mnoha výhodám těchto konstrukcí vznikají ve světě postupně jak potřebné zkušební metody, tak i nutné návrhové postupy. Některé z těchto technických předpokladů nutných pro správný návrh vyztužených opěrných stěn byly nastíněny v uvedeném textu. Nesporné přednosti, které ženou vývoj těchto stěn kupředu, jsou:
estetický vzhled
lícové betonové prvky lze vyrobit pohledově velmi estetické, v různých barvách, v různých tvarech, povrchových strukturách atd.
univerzálnost
díky tvaru betonových pohledových prvků lze snadno vytvářet vnitřní a vnější oblouky o různých zakřiveních. Lze snadno vytvářet i půdorysné zalomení stěn. Díky betonovým prvkům lze také vytvářet prakticky libovolné odklonění líce stěny od svislice.
vysoká únosnost
vyztužené opěrné stěny s betonovými prvky jsou vysoce únosné a lze je navrhovat pro velké výšky a pro velká zatížení. Stěny lze navrhovat také na dynamická zatížení, které vznikají od dopravy.
nízká cena
velmi nízká cena těchto opěrných stěn je hlavním motorem jejich rozvoje. Cena těchto stěn je tak nízká, že jí nemůže konkurovat cena žádné jiné opěrné stěny. Tato nízká cena je daná nízkou cenou geomříží, jejich snadnou dostupností a manipulovatelností, dále relativně nízkou cenou ostatních materiálů - zejména vyztužené zeminy. Nízká cena je daná i nízkou cenou pracovní síly, protože pro montáž stěn není potřeba kvalifikované pracovní síly.
montáž
montáž vyztužené opěrné stěny lze provádět i v zimním období a také v méně přístupných terénech. Pro montáž stěn je zapotřebí minimum stavební mechanizace a pracovních pomůcek a není potřeba kvalifikované pracovní síly.
provedení
bezmaltové suché spoje mezi betonovými prvky umožňují relativně malé posuny a deformace, aniž by docházelo k poruchám a nevzhledným trhlinám.
trvanlivost
návrhová životnost vyztužených opěrných stěn je větší než 100 let. U betonových prvků je tato hodnota daná kvalitou výroby. U geomříží by tato hodnota měla být rovněž zaručena a to jednak kvalitou výroby geomříží a potom experimentálními zkouškami geomříží, které musí výrobce geomříží provádět pro požadovanou návrhovou dobu životnosti.

Jako názorný příklad jsou na závěr uvedeny dvě ukázky opěrných stěn s betonovými prvky na líci. Jedná se o příklad silniční mostní opěry a o terasovité opěrné stěny Selský dvůr.

Obr. 9 Příklad realizace silniční mostní opěry v provedení vyztužené opěrné stěny s betonovými prvky na líci

Obr. 10 Příklad realizace terasových stěn Selský dvůr v provedení jako vyztužené opěrné stěny s betonovými prvky na líci

Poznámka: Jedná se pouze o informaci k této metodě, která byla vyvinuta v cizině.

Příloha

Dokument ve formátu PDF >>

Pro zobrazení kompletního obsahu se musíte přihlásit
1 2