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

Zlepšovanie zemín


Technológia úpravy zemín v podloží nielen vozoviek je jednou z metód na zvýšenie únosnosti, pevnosti a odolnosti zemín proti zvýšenej vlhkosti a mrazu. Úpravu zemín delíme podľa použitia stavebnej mechanizácie na povrchovú a hĺbkovú a podľa pridania typu spojiva na mechanickú a chemickú. O aplikácii hĺbkovej úpravy zemín sa uvažuje skôr pre zlepšenie podložia zemných telies, ako sú násypy a svahy zárezov atď. Povrchová úprava zemín je plne využiteľná pri úprave podložia pod násypom i v záreze, pri budovaní násypu postupným upravovaním po vrstvách, zemnej pláne pod vozovkou, podlahou, železničným zvrškom alebo iným typom konštrukcie. Mechanická úprava je jednoduchou úpravou mechanických vlastností zemín pridaním, prípadne doplnením určitej frakcie. Chemická úprava zemín nastáva pridaním hydraulických spojív (vápno, cement, ich kombináciou, hydraulické cestné spojivá na báze cementov, popolčekov, trosky), bitúmenova iných. O tejto technológii bude  tento príspevok. Pozri obr. č. 1 a 2.



Obr. č.1 Dávkovač spojiva – dávkovanie spojiva na zemnú pláň




Obr. č. 2 Zemná fréza – premiešanie zemín so spojivom


Zlepšovanie zemín nie je nevyskúšaná novinka. Má vypracovanú legislatívu, skúšobníctvo, tak aby spĺňala predstavu o kvalite. Častým aplikovaním metódy v praxi možno vylepšovať použiteľnosť a zjednodušovať samotnú realizáciu. Pred každou realizáciou treba zatriediť zeminy a podľa toho určiť spojivo. Množstvo spojiva súvisí s požiadavkou na deformačné a pevnostné charakteristiky a hĺbka miešania podlieha okrajovým podmienkam stavby. Rutinou sa táto činnosť stáva málokedy, pretože podmienky sa môžu zmeniť priebežne na veľmi malej ploche. 

Pre dobrú aplikáciu metódy zlepšovania zemín nielen v podloží vozoviek je správny návrh receptúry, dodržanie technologického postupu, dodržanie zásad a postupov pri zemných prácach a nadväznosti jednotlivých stavebných činností. 

Preto je pri stavbách väčšieho rozsahu a dôležitosti nutné stanovenie receptúry pomocou preukazných skúšok a kontrola zhutňovacím pokusom. O úprave podložia je dôležité uvažovať ešte pri návrhu alebo aspoň v miernom predstihu pred realizáciou, pretože preukazné skúšky trvajú určitý čas.

Zlepšovanie zemín je ovplyvnené klimatickými podmienkami rovnako ako zemné práce. Otimalizáciu množstva spojiva už stanovenej receptúry možno vykonať na základe prirodzenej vlhkosti, ale je nutné poznať minimálne percento obsahu spojiva na splnenie kritérií fyzikálno-mechanických vlastností zlepšených zemín v závislosti od vplyvu klimatických podmienok. Pred realizáciou sa zameriavame na vlastnosti zemín ovplyvnené poveternostnými podmienkami (teplota, vlhkosť), ale všímame si aj geotechnické podmienky (hladina spodnej vody, prítok podzemných prameňov, vyššie chemické koncentrácie zlúčenín vo vode či v zemine, alebo obsah väčších balvanov...). Pri realizácii sa snažíme dodržiavať technologický postup a zásady obsiahnuté v TKP.  


Preukazné skúšky

Predtým, než odoberieme vzorku pôvodnej zeminy z uvažovanej hĺbky, prehodnotíme homogenitu, prípadne pri litologicky rozličných zeminách odoberieme viac vzoriek. 

Pripôvodnej zemine je potrebné stanoviť:

– prirodzenú vlhkosť, medzu tekutosti wL, medzu plasticity wP, index plasticity IP, zrnitosť zeminy s vynesením kritérií namŕzavosti, zatriedenie zeminy, maximálnu objemovú hmotnosť ρd,max  a optimálnu vlhkosť woptProctorovou skúškou, stanovenie CBR.

Pri upravenej zemine prihliadame na ročné obdobie a poveternostné podmienky. Cieľom je dosiahnuť wopt= ± 2 % (pozor, upravená zemina má vyššie hodnoty woptako neupravená). Aktuálna vlhkosť predurčuje smerovanie dávkovania na dosiahnutie optimálnej vlhkosti upravenej zeminy, ktorá je posunutá doprava podľa množstva pridaného spojiva. Takže pri vyššej prirodzenej vlhkosti v závislosti od optimálnej vlhkosti nastavíme vyššie dávkovanie. Naopak, pri nižšej prirodzenej vlhkosti doplníme dostatočné množstvo vody, aby sme splnili podmienku wopt= ± 2 % (upravenej zeminy). 

Vlhkosť ovplyvňuje vlastnosti upravených zemín pri tvorbe zmesi, ale veľký význam treba prikladať aj ošetrovaniu. Dostatočná vlhkosť zaistí celistvosť, dobrú spracovateľnosť, zhutniteľnosť, dodatočnú pevnosť a odolnosť proti poveternostným vplyvom. 

Pri zmene vlhkosti v zmesi sa mení:

            Obrázok 3 Zmena konzistenčných charakteristík jemnozrnných zemín upravených vápnom (in Slivovský 2012)


Teplota počas realizácie a následne pri tu hnutí taktiež vplýva na výsledný efekt. Nízke teploty pod 5 °C spomaľujú nárast pevnosti. Avšak zamrznutú zem nemožno upravovať, pretože drobné kryštáliky vody sa nerozpustia úplne. Po primiešaní napr. vysoko reaktívneho vápna sa zhruba do 1 hodiny prejavia v zemine nezreagované oblasti a počas hutnenia zemným valcom sa zemina správa plasticky. O deformačnej odolnosti nemožno ani hovoriť. Strojné zariadenie, ktoré vykonáva prácu v zamrznutej zemine, nesmierne trpí a vznikajú nemalé škody na rotore zariadenia. Ak je, naopak, príliš vysoká teplota, nastane bez dodatočného ošetrovania vysušenie zeminy, doslova spálenie a znehodnotenie. Spojivo pri reakcii s vlhkosťou v zemine reaguje a zmenšuje obsah voľnej vody. Nespotrebované množstvo spojiva ostáva nevyužité (v prípade cementov aj znehodnotené), požadované parametre nie sú dosiahnuté a ošetrovaním sa dosiahne mierny nárast, ale už nie v požadovanej miere.

Pri vykonávaní preukaznej skúšky nastavujeme optimálne parametre, ale snažíme sa určiť hranice pri zmene vlhkosti či teploty. Z výsledkov a sledovaní odporúčame prehodnotiť rozsah preukaznej skúšky pre jednotlivé konštrukcie. Tam, kde sú objemy zemných prác vysoké, menia sa okrajové podmienky, typy konštrukcií, je vhodné zväčšiť rozsah preukaznej skúšky a, samozrejme, počítať s tým aj v cene, veď ide o optimalizáciu celkových výkonov. Naopak, pri menších zemných prácach, jednotvárnej litologicky nemeniacej sa zemine a podobných okrajových podmienkach stačia len určité parametre na dosiahnutie optima.

Nie je predsa vždy potrebné dosiahnuť požadované hodnoty IBI, wopt upravenej zeminy pri okamžitej skúške, keď vieme, aká bude predpoveď počasia a aké sú podmienky na stavbe. Hodnoty CBR nás milo prekvapia už po 3 dňoch zrenia. Preto musíme sledovať pri úprave hlavne cieľové, teda konečné ukazovatele kvality. Na to je nutné počkať si niekedy dlhšie ako 7 dní.

Stabilizované zeminy možno upraviť do podoby nenamŕzavých. Vykonáva sa to priamou skúškou namŕzavosti podľa normy STN 72 1191. V praxi sa stáva, že stabilizované zeminy v aktívnej zóne sú akýmsi predmetom nezáujmu zo strachu o dostatočnú kvalitu. Navyše sa nezmyselne požadujú preukazné skúšky na odolnosť proti mrazu, tzv. mrazuvzdornosť,a nie namŕzavosť. Normy a technicko-kvalitatívne podmienky túto zámenu navyše zaviedli do praxe, čím sťažili cestu stabilizovaným zeminám v podloží vozoviek za cenu vyššej kvality. 

V prípade použitia stabilizovaných zemín v podloží (aktívnej zóne) či ochrannej vrstve vychádzame z normy STN 73 6125 (2011) Upravené zeminy, ktorá vychádzala zo svojho predchodcu STN 73 6125 Stabilizované podklady (apríl 2006). Dopĺňa normy STN EN 14 227 – 1, 2, 3, 5, 10, 11, 12, 13, 14. Staršia norma posudzovala hornú a spodnú podkladnú vrstvu a ochrannú vrstvu pre triedy dopravného zaťaženia I-VI. Takto stabilizované zeminy triedy SI, SII a SIII sa kládli pri splnení všetkých kvalitatívnych podmienok na podložie, ktoré spĺňalo podmienky STN 72 1006 (dnes už STN 73 6133). Množstvo aplikovaného spojiva uvádzané v tejto norme je oveľa vyššie ako pri bežne zlepšených či stabilizovaných zeminách, parametre kvality sú zaťažené na pevnosť v prostom tlaku a odolnosť proti mrazu, čiže mrazuvzdornosť.

Mrazuvzdornosťstabilizovaných zemín – odolnosť stavebnej zmesi je vlastne skúška pevnosti v tlaku, ale po vyzretí vzoriek v klima komore sa nasýtené vzorky zmrazujú na teplotu –10 °C počas 6 hodín a následne sa rozmrazujú 18 hodín pri teplote +20 °C v počte cyklov uvedených v norme. Po vykonaní potrebného počtu cyklov sa vzorky uložia do vody na 5 hodín a po osušení sa meria odolnosť zmesi, ktorá je vyjadrená v norme. S akousi ľahkosťou, aká je možná len u nás na Slovensku, sa stala normou pre upravené zeminy, teda zeminy zlepšené a zeminy stabilizované. Stabilizované zeminy aplikujeme v podloží, v aktívnej zóne či ochrannej vrstve ale len pri nižších triedach dopravného zaťaženia IV až VI v konštrukcii vozovky. Nastal fenomén posúdenia stabilizovaných zemín namrazuvzdornosť a nie namŕzavosť napriek tomu, že ich neaplikujeme v konštrukcii vozovky. 

Vhodnosť použitia zlepšených alebo stabilizovaných zemín má prednosť hlavne vo využití miestnych materiálov, teda z ekonomických dôvodov. Nemusí sa prácne odstraňovať nevhodná prevlhčená zemina z podložia alebo sa budujú násypy z nevhodnej zeminy a zlepšujú sa ich vlastnosti v každej vrstve. Rýchlosť zhotovenia závisí od strojnej techniky, pričom denný výkon je okolo 4 000 – 8 000 m2. Obmedzenia sa týkajú hlavne priechodnosti techniky v teréne, ale aj veľkosti maximálneho zrna v zemine. Ak nie je zemná fréza vyslovene drviaca, pozri obr. 4, kde je dovolené zrno do 500 mm (kamene až balvany), povoľuje sa zrno maximálnych rozmerov do 125 mm. Tieto stroje majú opodstatnenie hlavne na lesných cestách alebo v zeminách, kde sa balvany vyskytujú. Často sa využívajú pri technológii recyklácie na mieste za studena, ale to už je z iného súdka.

  


Obrázok 4 Zemná fréza – drvič, umožňuje nasadenie aj v zeminách s obsahom balvanov s rozmermi do 500 mm

Ing. Martin Filo, PhD., 

Fotogaléria k článku