ENVIROMENTÁLNE TECHNOLÓGIE – nové stroje a zariadenia. RECYKLÁCIA – triedenie a úprava odpadov. OBNOVITEĽNÉ ZDROJE ENERGIE – energetická a materiálová efektívnosť.

Vystužovanie cestného telesa


Úspory, šetrenie sú pojmy, ktoré v posledním období rezonujú na všetkých úrovniach nášho hospodárstva. Ide o úspory materiálov, financií, energetických zdrojov, úspory pri realizácií technológií a v neposlednom rade je to aj úspora a zhodnocovanie  poľnohospodárskeho a lesného pôdneho fondu. Tomuto trendu zodpovedá aj používanie vystužovania cestného telesa. 

Výstavba cestných komunikácií sa dostáva u nás do čoraz zložitejších terénnych podmienok, tým je to zložitejšie aj z hľadiska navrhovania. Treba vziať do úvahy zložité geologické pomery, potrebu ochrany životného prostredia, ale aj nutnosť vytvoriť technické dielo požadovanej kvality.

Úseky diaľničných stavieb, ktoré je potřebné dostavať, sa pohybujú v oblasti úrodných poľnohospodárskych pozemkov, v miestach, kde sú chránené územia alebo zosuvné pásma.

Jedno aj druhé predstavuje pre projektanta problém, ktorý musí vyriešiť tak, aby bol používateľ spokojný a aby mal jazdu po týchto cestách bezpečnú, pohodlnú, ale aj rýchlu a hospodárnu.

Jednou z možností, ako to dosiahnuť, je možnosť vystužovania či už zemného telesa, alebo konštrukcie vozovky.

Zemné teleso z geometrického, kvalitatívneho hľadiska ovplyvňuje funkcia, na ktorú bude slúžiť, to znamená, ako je navrhnuté smerové a výškové vedenie trasy cesty, aké šírkové usporiadanie si vyžaduje dopravné zaťaženie a aká kategória cesty bola na základe vstupných údajov navrhnutá. Ďalej to ovplyvňuje prostredie, v ktorom je cestné teleso navrhnuté, aké sú v danom prostredí geologické podmienky, materiály v podloží a či je možné použiť to najvýhodnejšie riešenie, alebo sa musí použiť technické riešenie v stiesnených podmienkach.

Pri takýchto podmienkach sa môžu navrhnúť rôzne spôsoby vystužovania, ktoré umožnia navrhnúť plnohodnotné konštrukcie cestného telesa s využitím technických prvkov, geosyntetických a iných materiálov.

Základné konštrukčné požiadavky na vystužené násypy, vystužené oporné múry, vystužené mostné opory, vystužené mostné krídla, vystužené strmé svahy, vystužené podkladové vrstvy, klincované svahy a gabiónové konštrukcie stanovuje projektová dokumentácia predmetnej stavby.


Obr. 1 Vytvorenie násypu so strmými svahmi


Obr. 2 Násypové teleso v zložitých geologických podmienkach pomocou strmých svahov na ceste II/520 N. Bystrica – Oravská Lesná


Možnosti vystužovania zemného telesa
Vystužovanie zemného telesa představuje najväčší prínos okrem technického riešenia veľkou úsporou pri zábere poľnohospodárskeho, lesného pôdneho fondu. Pri takomto riešení je možné navrhnúť zemné teleso so strmšími svahmi a tým zmenšiť šírku základne zemného telesa. Pri diaľničných alebo rýchlostných cestách a pri vysokých násypoch to predstavuje veľkú plochu pri daných dĺžkach úsekov.

Môžu sa realizovať v násypoch, zárezoch aj odrezoch ciest. Je ich možné realizovať ako:

  • vystužené násypy,
  • vystužené strmé svahy (Obr. 1, 2),
  • vystužené oporné múry,
  • vystuženie podložia násypov,
  • vytvorenie geodosiek,
  • vytvorenie geomúrov,
  • použitie gabiónových konštrukcií,
  • vystužené mostné opory,
  • vystužené mostné krídla.


Základné materiály
Zemina

Konštrukcia vystužených zemných konštrukcií je tvorená z niekoľkých základných prvkov, ich kvalita potom ovplyvňuje výslednú kvalitu zemnej konštrukcie. Ide o sypaninu, výstužné prvky a spojovacie prvky, ktoré prepájajú výstužný a lícový prvok.

Hlavným prvkom, čo sa týka objemu, je zemina (sypanina). Spôsob ťažby zeminy, doprava, prípadne skladovanie na depónii a spracovanie do zemného telesa sa riadia zásadami a ustanoveniami stanovenými STN 73 6133 [1] a STN EN 14475 [2]. V týchto normách sú uvedené požadované geomechanické charakteristiky použitých materiálov. Do vystužených zemných konštrukcií sa nemôžu používať zeminy:

  • v ktorých obsah organických látok je väčší ako 5 %,
  • odpadové materiály, ktoré sa posudzujú podľa zákona č. 223/2001 Z. z.,
  • s obsahom rozpustných a oxidujúcich látok, ktoré negatívne pôsobia na výstužné prvky.


Obr. 3 Vystužený strmý svah na ceste II/520 v horskom teréne v „surovom“ stave, počas výstavby


Výstužné prvky
Výstužné prvky v zemnej konštrukcii (násype) pôsobia väčšinou ako šmyková výstuž a zvyšujú aj zabezpečujú stabilitu násypu. Na kontakte zemina – výstuž vznikajú šmykové napätia, ktoré zmenšujú aktívne sily spôsobujúce porušenie zemného telesa a zvyšujú pasívne sily, ktoré bránia porušeniu. Prenos síl na kontakte zemina – výstuž sa pri pohybe horniny po výstuži uskutočňuje v dôsledku trenia. Pri pohybe zeminy po povrchu výstuže vznikajú vo výstuži ťahové sily, čím začne výstuha uplatňovať svoju výstužnú funkciu. Výstuž spolu so zeminou (sypaninou) vytvára blok vystuženej zeminy, ktorý musí mať dostatočnú šírku a tvar, aby bol stabilný a preniesol všetky vonkajšie zaťaženia.

Vodorovné výstužné prvky sa umiestňujú v základovej škáre násypu, v spodnej časti násypu, na svahoch násypu alebo v celom telese násypu. Na vystužovanie násypov sa štandardne používajú jednoosové výstužné prvky na báze ocele alebo prvky polymérne, ako sú geomreže alebo geokompozity. Všetky výstužné materiály musia plniť výstužnú funkciu a tomu musia zodpovedať aj ich pevnostné a deformačné vlastnosti. Podľa sklonu lícovej časti sa vystužené zemné konštrukcie delia na:

  • vystužené násypy – sklon do 45°
  • vystužené strmé svahy – sklon 45°– 70°
  • vystužené múry a mostné opory – sklon 70° – 90°.


Vystužené násypy a strmé svahy
Vystužené násypové teleso sa navrhuje najčastejšie, keď je kvalita materiálu tvoriaca zemné teleso nevyhovujúca, ale z nedostatku možnosti použitia iného vhodného materiálu ho musíme použiť. V takom prípade sa na zvýšenie únosnosti použijú výstužné prvky. 


Obr.4


Na schéme na obr. 4 sú znázornené možnosti použitia výstužných prvkov v zemnom telese.

Vystužené strmé svahy sa navrhujú v prípadoch, keď sa trasa cesty vedie v nepriaznivých alebo aj stiesnených podmienkach. Možno ich použiť aj v miestach, kde nie je možné zabezpečiť svah násypového telesa v požadovaných sklonoch z iných dôvodov (nevysporiadané pozemky atď.). Vystužené strmé svahy sú vystuženými zemnými konštrukciami v sklone 45° až 70°. Na zabezpečenie líca konštrukcie sa vodorovné výstuhy kombinujú väčšinou s poddajným lícovým prvkom. Na dodržanie požadovaných sklonov sa používajú aj oceľové podporné konštrukcie (napr. KARI siete).


Obr.5


Obr. 6


Obr.7


Obr.8


Na obr. 7 a 8 sú uvedené príklady realizácie  strmých svahov v kombinácii s inými technickými prvkami, ešte chýba zatrávnenie, ale je to obdobie realizácie. Okrem uvedených možností vystužené zemné konštrukcie možno použiť aj ako oporné múry. Sú to vystužené zemné konštrukcie tvorené tuhým, polotuhým alebo poddajným lícom v sklone 70° až 90°. Ďalej sú to vystužené mostné opory tiež tvorené ako oporné múry väčšinou tuhým alebo polotuhým lícom v sklone 70° až 90° od horizontály. Tvoria nosnú konštrukciu mostných prahov krajných mostných opôr.

Vystužené zemné konštrukcie patria medzi náročné objekty cestného staviteľstva.

Ich realizáciu si vyžiadala doba a podmienky (terénne), v akých sa tieto stavby realizujú.

Svedčia aj o tom, aké náročné sú podmienky a ako musí projektant a realizátor zvažovať všetky možnosti a danosti, aby vytvorili dielo, ktoré je kvalitné, bezpečné pre používateľa, ale zároveň šetrné k prostrediu a prijateľné aj v danom prostredí.


Príspevok bol vypracovaný v rámci projektu VEGA 1/0501/17 „Environmentálne akceptovateľné materiály a technológie na stavbu dopravných plôch“. 


Doc. Ing. Katarína Bačová, PhD.,

Katedra dopravných stavieb

SvF STU v Bratislave


Použitá literatúra:
[1] STN 73 6133 Stavba ciest. Teleso pozemných komunikácií,
[2] STN EN 14475 Vykonávanie špeciálnych geotechnických prác. Vystužené zemné konštrukcie,
[3] PD výstavby cesty Nová Bystrica – Oravská Lesná,
[4] Podklady a fotografie autorky

Fotogaléria k článku