POUŽITÍ GEOSYNTETICKÝCH MATERIÁLŮ VE STAVEBNICTVÍ. Lumír Miča, VUT FAST Brno, Ústav geotechniky

Transkript

1 POUŽITÍ GEOSYNTETICKÝCH MATERIÁLŮ VE STAVEBNICTVÍ Lumír Miča, VUT FAST Brno, Ústav geotechniky 1

2 Předpisy ČR TP 97: Geotextilie a další geosyntetické materiály v zemním tělese pozemních komunikací Předpis pro ČD ČSN : Navrhování a provádění zemního tělesa pozemních komunikací Lumír Miča mica.l@fce.vutbr.cz 2

3 Předpisy Mimo ČR STN : Horninové konstrukce vystužené geosyntetikou Technické požadavky BS 8006: Code of practise for strengthen/reinforced soils and other fills FHWA: Geosynthetic design and construction guidelines apod. Lumír Miča 3

4 Oblast použití Dopravní a železniční konstrukce Skládkové hospodářství Vodohospodářské konstrukce Konstrukce pozemních staveb Podzemní konstrukce Lumír Miča mica.l@fce.vutbr.cz 4

5 Oblast použití Podkladní vrstvy (separační, filtrační, výztužná) Opěrná kce (výztužná) Svahy (výztužná) Drény (drenážní) LTP (výztužná, separační, filtrační) Lumír Miča 5

6 Oblast použití Strmé svahy (výztužná) Překrytí skládky (těsnící, ochranná, protierozní) Oddělení materiálů (separační, filtrační) Těsnění (těsnící) Mechanická ochrana (ochranná) Odvod kapalin, plynů (drenážní) Lumír Miča 6

7 Oblast použití Protipovodňová opatření (výztužná, protierozní) Přístaviště Opěrná kce (výztužná) Ochrana břehů (protierozní) Lumír Miča 7

8 Oblast použití Ochrana izolace (ochranná) Ochrana izolace (ochranná) Izolace (těsnící) Izolace (těsnící) Zemní pláň (separační, filtrační) LTP (výztužná, separační, filtrační) Lumír Miča 8

9 Oblast použití Izolace (těsnící) Ochrana izolace (ochranná) Lumír Miča 9

10 Rozdělení geosyntetik Materiál Technologie výroby Oblast použití Funkce Lumír Miča 10

11 Rozdělení geosyntetik Materiál Polypropylen (PP) Polyetylen (PE, HDPE) Polyester (PES, PET) Polyamid (PAD) Polyvinylchlorid (PVC) Lumír Miča 11

12 Rozdělení geosyntetik materiál hustota tavení creep g/cm 3 o C Polyolefiny high PE,PP Polyester 1.38 >240 low PET 12 JMR

13 Rozdělení geosyntetik Technologie výroby Geosyntetikum propustné nepropustné geotextile geomříže geokompozity geomembrány GCL Tkané Netkané Pletené é kombinace předchozích typů ů Tkané Pletené Svařovan ované Extrudované Lumír Miča 13

14 Rozdělení geosyntetik Technologie výroby Geotextilie netkaná 14

15 Rozdělení geosyntetik Technologie výroby Geotextilie netkaná - tepelně 15

16 Rozdělení geosyntetik Technologie výroby Geotextilie netkaná - propichování 16

17 Rozdělení geosyntetik Technologie výroby Geotextilie tkaná PET 17

18 Rozdělení geosyntetik Technologie výroby Geotextilie tkaná PP 18

19 Rozdělení geosyntetik Technologie výroby Geotextilie pletená 19

20 Rozdělení geosyntetik Technologie výroby Geomříž - pletená 20

21 Rozdělení geosyntetik Technologie výroby Geomříž - extrudovaná 21

22 Rozdělení geosyntetik Technologie výroby Geomříž - svařovaná 22

23 Rozdělení geosyntetik Technologie výroby GCL 23

24 Vlastnosti Plošná hmotnost (g.m -2 ) 24

25 Vlastnosti Plošná hmotnost (g/m2) - základní parametr pro odlišení jednoltivých typů geosyntetik (především pro netkané geotextilie). Plošná hmotnost netkaných geotextilií je cca od 150 do g/m 2 Ukazatel možné použitelnosti pro separaci (lehčí netkané geotex.), filtraci (střední) a ochrannou funkci (těžší geotextilie) 25

26 Vlastnosti Tloušťka t g - (mm) 26

27 Vlastnosti Je důležitým parametrem pro zajištění drenážní funkce - je nutné definovat změnu tloušťky vlivem zatížení působící na geosyntetikum. 27

28 Vlastnosti Velikost průliny O x -(µm) O x - velikost otvoru (filtrační průliny), kterým prošlo x % prosévané frakce dané velikosti Vyhodnocení zkoušky je na následujícím obrázku. 28

29 Vlastnosti Velikost otvorů síta (µm) 29 Celkové procento prošlého materiálu (%)

30 Vlastnosti Rovnoměrné rozložení pórů (filtrační průliny) stejné velikosti mají: - tkané, pletené geotextilie, -geomříže, geosítě Nerovnoměrné rozložení pórů (vliv průměru, hustoty vlákna, tloušťky a technologie výroby) mají: - netkané geotextilie 30

31 Vlastnosti Hydraulické vlastnosti o Propustnost kolmo na rovinu výrobku k gn (m.s -1 ) o Propustnost v rovině výrobku k gp (m.s -1 ) o Permitivita - ψ (s -1 ) o Transmitivita - θ (m 2.s -1 ) 31

32 Vlastnosti Darcyho filtračního zákona: v = k g i kde v (m/s) je rychlost proudění vody k g (m/s) i (-) je filtrační součinitel geosyntetika je hydraulický gradient Stanovení - upravený propustoměr známý z mechaniky zemin (ČSN ) 32

33 Vlastnosti Filtrační součinitel geosyntetika kolmo na rovinu výrobku bez zatížení - k gn (m/s) ČSN EN ISO Přívod vody 2. Zachycovaný odtok 3. Vzorek 4. Pokles hydrostatické hladiny geosyntetikum 33

34 Vlastnosti Filtrační součinitel geosyntetika v rovině výrobku - k gp (m/s) ČSN EN ISO geosyntetikum 1. Přívod vody 2. Shromažďování vody 3. manometr 4. Zkušební vzorek 5. Membrána 6. Tlakový článek 7. Pěna 8. Zatížení 9. Zatěžovací deska 10. Přepad pro hydraulický gradient 0.1 a

35 Vlastnosti Zařízení pro stanovení k gp Permitivita: ψ = k gn /t g Transmisivita: θ = k gp.t g 35

36 Vlastnosti Hydraulické vlastnosti jsou odvislé působícího zatížení změna tloušťky. Dochází až k řádovému snížení. Stále však zůstává v rozsahu platném pro propustné zeminy (štěrky, písky). θ (m 2.s -1) Napětí (kpa) 36 Příklad průto točnosti v rovině výrobku (Muller(

37 Vlastnosti Mechanická odolnost o Průměr proražení otvoru d p (mm) o Porušující síla při protlačování válcového razníku (CBR) F p (kn) o Porušující síla při protlačování plunžru - F k (kn) o Index poškození (%) o Zkouška oděru 37

38 Vlastnosti Průměr proraženého otvoru d P (mm) EN 918 stanovuje se velikost otvoru, která předmětu. vznikne při pádu ostrého geosyntetikum Hmotnost kužele: 500g Výška pádu: 500 mm 38

39 Vlastnosti Porušující síla při protláčování válcového razníku (zkouška CBR) F P (kn) EN ISO maximální tlaková síla stanovená při zkoušce válcovým razníkem. průměru vzorku:150 mm zatěžován píste Ø 50 mm rychlost 50 mm/min 39

40 Vlastnosti 7,0 6,0 5,0 Síla (kn) 4,0 3,0 2,0 1,0 PP - tape Fabric 0,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 displacement mm posun (mm) Typický průběh zkoušky (PP geotextilie) /Muller-Rochholz/ 40

41 Vlastnosti Porušující síla při protláčování plunžru F k (kn) ČSN stanovuje se odolnost vůči protlačování speciálně tvarovaného plunžru. Měří se tlaková síla potřebná pro rozšíření otvoru z 10 mm na 45 mm v geosyntetiku. Nemá evropský ekvivalent. 41

42 Vlastnosti Zkouška v oděru pren ISO před zkoušce po 42

43 Vlastnosti Zkouška v oděru pren ISO Síla (kn) Síla (kn) Přetvoření (%) Přetvoření (%) PP tkaná geotextilie osnova útek Nižší křivky charakterizují materiál po zkoušce v oděru, horní křivka platí pro původní vzorek Vliv oděru na pevnost výrobku (Muller-Rochholz) 43

44 Vlastnosti Mechanická vlastnosti o Tahová pevnost T (kn.m -1 ) o Dlouhodobá tahová pevnost - T cr (kn.m -1 ) 44

45 Vlastnosti Krátkodobá tahová pevnost T (kn.m -1 ) EN ISO zkouší se vzorek 200x200 mm, rychlost nanášení přetvoření je 20%/min. Existují i další postupy pro její stanovení. 45

46 Vlastnosti Standard specimen 1) strainrate/x-head EN ISO : x %/min ISO x 300 variable f (ε u ) ASTM D x %/min 1) in mm ε 46

47 Rozdělení geosyntetik Polyaramidová vlákna Tahová pevnost (MPa) Předpínací ocel Polyesterová vlákna Polypropylenová vlákna zk. vzorek HDPE geomříže Přetvoření (%) ε [%] Lumír Miča Síla vs přetvoření Příklad vyhodnocení 47

48 Vlastnosti Tahová pevnost T - [kn/m]: Krátkodobá pevnost - pracovní diagram je závislý na druhu polymeru PET HDPE PET Aramid+PET (TRC) PP (MAX) PET (PRO) 48

49 Rozdělení geosyntetik Rychlost deformace (%/min) Teplota: Zatížení (kn/m) Zatížení (kn/m) Teplota: Rychlost deformace: Přetvoření (%) Přetvoření (%) VLIV RYCHLOSTI ZATĚŽOVÁNÍ (materiál:pp) Lumír Miča VLIV TEPLOTY (materiál PP) 49

50 Vlastnosti Dlouhodobá tahová pevnost při p i porušen ení CR - [kn/m] EN ISO T CR -Je rozhodující tahovou pevností při návrhu konstrukce - Má být stanovena zkouškami (BS 8006). Pro delší časové úseky (30, 60, 120 let) se provádí extrapolace této hodnoty na základě již naměřených hodnot. Nutná délka trvání testu je hodin. Creepové křivky 50

51 Vlastnosti Creep rupture (přetržení) 51

52 Vlastnosti Creep rupture (přetržení) 52

53 Vlastnosti Zkoušky trvanlivosti Odolnost vůči povětrnostním vlivům a UV záření Odolnost vůči mikrobiologickým vlivům Odolnost vůči chemickým látkám Odolnost vůči hydrolýze Odolnost vůči oxidaci 53

54 Vlastnosti Hydrolýza pren12447 Polyestery! PET PP PP PET Srovnání degradace polymeru vlivem expozice v prostředí s ph 12 54

55 Vlastnosti Oxidace EN ISO Polyetylen, polypropylen! 55

56 Rozdělení geosyntetik Oblast použití Nádrže, přehrady Skládky Skládky Koryta řek, kanálů Komunikace Železnice Opěrné konstrukce Eroze Tunely Drenážní systém 56

57 Rozdělení geosyntetik Funkce Separační Filtrační Ochranná Drenážní Protierozní Těsnící Výztužná 57

58 Rozdělení geosyntetik Funkce Separační oddělení dvou materiálů Filtrační propouští vodu kolmo k rovině výrobku a brání částicím zeminy Ochranná ochrana jednoho materiálu před druhým Drenážní odvádí vodu v rovině výrobku Protierozní ochrana povrchu zem. kce před vnějšími vlivy Těsnící zabránění uplnému proniknutí materiálu Výztužná dodání přídavné pevnosti zemině 58

59 Separační funkce Separační geosyntetikum Separační používají se netkané a tkané geotextilie 59

60 Separační funkce Při návrhu je nutné zohlednit (dle TP 97): délku trvání funkce, možnost protlačení oky či póry geosyntetika zrnem d 30 chráněné zeminy Z hlediska vlastností má rozhodující vliv na její návrh plošná hmotnost (cca g.m -2 ) a minimální pevnost v tahu by měla být 5 kn/m. Dle STN by měla být splněna podmínka, že O 90 < d 50, kde O 90 (mm) je velikost průlinového kanálku, kterým projde 90 % částic frakce této velikosti 60

61 Separační funkce Typické použití: Dočasné oddělení dvou hmot Skládky Účelové komunikace Zemní pláň železničního spodku Základová spára různých staveb 61

62 Filtrační funkce Filtrační geosyntetikum Filtrační používají se převážně netkané a tkané geotextilie 62

63 Filtrační funkce Filtrační: Vložením filtračního geosyntetika do zemního prostředí, kde proudí voda, má být dosaženo dlouhodobé rovnováhy celého systému (= voda nesmí vyplavovat jemné částice /sufoze/). Proto musí výrobek zůstat trvale propustný = nesmí dojít k ucpání /zanesení/ jemn.částicemi). Proto musí geovýrobek splňovat následující požadavky: 63

64 Filtrační funkce Požadavky (TP 97): filtry musí umožňovat průchod vody, aniž dojde kpřílišnému zvýšení tlaku vody v pórech před filtrem = kritérium propustnosti filtry musí zabraňovat pohybu částic chráněné zeminy, s vyjímkou malého množství jemných částic zeminy přilehlých k filtru v době tvorby zeminového filtru = kritérium zadržení nesmí dojít k ucpání filtru částečkami chráněné zeminy = kritérium proti ucpání 64

65 Filtrační funkce Kritérium propustnosti geosyntetikum musí zajistit dostatečnou propustnost, a to s s určitou rezervou (dojde k částečnému zanesení) 65

66 Filtrační funkce Kritérium propustnosti (TP 97): splnění přímé podmínky: k gn > 10 k z, kde k gn (m/s) - filtrační součinitel geotextilie kolmo na rovinu výrobku, (m/s) - filtrační součinitel zeminy (chráněné), k z nebo nepřímé podmínky vycházející z porovnání typického zrna chráněné zeminy a typického průlinového kanálku: O 90 < d 15 kde d 15 (mm) je průměr zrna zeminy, kdy 15 % zrn hmotnostně je menších než tento průměr, na čáře křivky zrnitosti odpovídá 15%, O 90 (mm) - velikost průlinového kanálku, kterým projde 90 % částic frakce této velikosti 66

67 Filtrační funkce Jiné kritérium propustnosti(čsn ) (Geotechnika 4/98): k gn > 10 a. t g. k z, kde k gn (m/s) - filtrační součinitel geotextilie kolmo na rovinu výrobku, a koeficient, který zohledňuje hydraulický gradient, typ chráněné zeminy a typ stavby; a = 3 5 (vyšší hodnota se použije při vysokých hydraulických gradientech, problémových zeminách a významnějších stavbách) t g (mm) tloušťka geosyntetika k z (m/s) - filtrační součinitel zeminy (chráněné) 67

68 Filtrační funkce Jiné kritérium propustnosti (FHWA): méně náročné aplikace: k gn k z, náročné aplikace: k gn 10.k z, Dále se předpokládá, že pro permitivitu platí ψ 0.5 s -1 obsah částic menších než mm < 15% ψ 0.2 s -1 obsah částic menších než mm je 15% až 50% ψ 0.1 s -1 obsah částic menších než mm > 50% 68

69 Filtrační funkce Jiné kritérium propustnosti (Giroud): první požadavek (zabránění nárůstu pórových tlaků): k gn 10k z i z, typické hydraulické gradienty (Giroud) Aplikace i z Odvodňovací příkop 1.0 Svislý drén za zdí 1.5 Krajní drén u komunikace 1.0 Skládky 1.5 Patní drén u hrází 2.0 Jílové jádro hrází >10 Ochrana břehů 10 druhý požadavek: k gn 10.k z 69

70 Filtrační funkce Kritérium proti ucpání vyjadřuje přípustnou míru ucpání výrobky za jeho nenarušené filtrační funkce Ucpání od unášených zrn proudění geotextilie Ucpání od unášených zrn 70

71 Filtrační funkce Kritérium proti ucpání (dle TP 97) vyžaduje buď splnění podmínky: A > 5 % pro tkané geotextilie, kde A - procentuální plocha filtračních průlin k celkové ploše tkané geotextilie n > 30 % pro netkané geotextilie, kde n - pórovitost netkané geotextilie 71

72 Filtrační funkce Jiné kritérium proti ucpání (FHWA): Méně náročné aplikace O 95 3.d 15,Z Podmínka platí pro c u > 3. nebo A 4 % pro tkané geotextilie, n 50 % pro netkané geotextilie, Náročné aplikace: zkouška 72

73 Filtrační funkce Kritérium zadržení vyjadřuje schopnost proniknutí největší částice zeminy otvorem geovýrobku 73

74 Filtrační funkce Kritérium zadržení (TP 97) se doporučuje splnění podmínky: O max < d 15 d 10 > O min kde d 10 resp. d 15 (mm) je průměr zrna zeminy, kdy 10%, resp. 15% zrn je hmotnostně menších než tento průměr, O max - maximální velikost průlinového kanálu, O min - minimální velikost průlinového kanálu 74

75 Filtrační funkce Jiné kritéria zadržení (FHWA): 1. ustálené proudění B. d 85 O 95 B koeficient zohledňující zeminu resp. geosyntetikum - písek, písek štěrkovitý, písek hlinitý či jílovitý: c u 2 nebo 8 B = 1 2 c u 4 B = 0.5c u 4 < c u < 8 B = 8/c u, kde c u = d 60 /d 10 75

76 Filtrační funkce Jiné kritéria zadržení (FHWA): - hlíny, jíly: tkané B = 1 netkané B = 1.8 a dále musí být splněno O mm 76

77 Filtrační funkce Jiné kritéria zadržení (FHWA): 2. dynamické proudění 0.5. d 85 O 95 77

78 Ochranná funkce Ochranné geosyntetikum geomembrána Ochranná tkané a netkané geotextilie 78

79 Ochranná funkce zajišťuje vlastnosti chráněného materiálu při ukládání druhého Výrobek snižuje lokální napětí, a tím brání nebo snižuje poškození povrchu nebo vrstvy, na kterou je položen. 79

80 Ochranná funkce Při návrhu je nutno zohlednit (TP 97): pevnost v tahu (> 10 kn/m), pevnost na proražení, tloušťku, velikost i tvar zrn zeminy přísypu, výšku přísypu CBR F > 4,0 kn. Požadavky na netkané geotextilie jsou obvykle dány plošnou hmotností obvykle (500 g/m 2 ) 80

81 Ochranná funkce T poz = 0.5p d v [ f(ε) ] T poz... Požadovaná síla p l... Napětí v geotextilii, které je menší nebo rovno napětí od vnějšího zatížení d v... Max. průměr mezery mezi zrny (přibližně 0.33 d a ) d a... Průměrná velikost zrna f(ε)... Funkce popisující přetvoření geotextilie /= 0.25((2y/b) +(b/2y))/ b... Šířka mezery y... Deformace směrem do mezery 81

82 Ochranná funkce Nejčastější použití: Vodohospodářské stavby (kanály, nádrže, přehrady) Tunely a podzemní stavby Skládky odpadů (tuhé, tekuté) Chrání zde především těsnící prvky 82

83 Drenážní funkce drenážní funkce Drenážní většinou se jedná o geokompozit (= geotextilie + tuhé propustné jádro + geotextilie) 83

84 Drenážní funkce Drenážní výrobek má odvádět vodu z okolního zemního prostředí po dobu funkce konstrukce a také umožňuje shromažďovat vodu ze svého okolí do zvoleného místa. Rozhodující je propustnost v rovině výrobku při daném tlaku (např. 50, 100 a 200 kpa) 84

85 Drenážní funkce Pro výpočet kapacity geodrénu (TP 97) se vychází z rovnice: kde Q = A k gp i t, Q (m 3 ) je průtok za čas t (řešení se provádí nejčastěji na 1 bm) A (m 2 ) - průtočná plocha (tloušťka krát jednotka šířky), k gp (m/s) - filtrační součinitel geotextilie, i - hydraulický gradient, t (s) - čas 85

86 Protierozní funkce Protierozní agrotextilie, geosítě s prostorovější strukturou. Rozlišuje se ochrana svahů a sklaních stěn. Úloha geosyntetika je v dočasné ochraně svahu do doby uchycení vegetace 86

87 Protierozní funkce Zajišťuje ochranu povrchových vrstev zemní konstrukce před vnějšími vlivy (povrchová voda, vítr) Chrání svah po dobu trvalého uchycení vegetačního pokryvu v takovém rozsahu, aby byla povrchová vrstva stabilní. Výrobek musí především odolávat a absorbovat energii padající vody a energii vody tekoucí po svahu. Znamená to, že struktura výrobku musí mít dostatečnou pevnost, a pokud je přímo ve struktuře výrobku směs se semeny trávy nebo jiných rostlin, nesmí dojít k vyplavování. 87

88 Protierozní funkce K návrhu jsou potřebné tyto vstupní údaje: Suchý nebo mokrý svah? Délka a sklon svahu? Rovinatost povrchu? Druh horniny na svahu? Rychlost tekoucí vody (mokrý svah)? Mechanické vlivy? Klimatické, chemické, biologické? Požadovaná životnost úpravy? Estetické požadavky? 88

89 Protierozní funkce geosyntetikum výkop Kotevní prvek 89

90 Protierozní funkce Speciální případ ochrany svahů Pro geosyntetika použitá pro ochranu skalních stěn jsou důležité tyto charakteristiky: Tahová pevnost Pevnost spoje, uzlu Velikost otvorů Dlouhodobá odolnost proti klimatickým vlivům 90

91 Protierozní funkce 91

92 Výztužná funkce Výztužná geotextilie vyjma netkaných, geosítě, geomříže atd. 92

93 Výztužná funkce Dlouhodobá tahová pevnost T CR -[kn/m]: T lab Gama5 - vliv kvality výroby T CR, laboratoř Gama1 -Creep T CR,Extrapolace Gama 2 -Spolehlivost extrapolace Gama 3 - vliv instalace T D Gama 4 -vliv chemismu, mikrobiol, UV t zk T životnost kce Čas (log t) 93

94 Výpočtová pevnost T D -[kn/m]: -Je funkcí nejen creepu, ale dalších dílčích součinitelů -Francie NFG 38064: -Anglie BS 8006: -USA AASHTO: Výztužná funkce T T d =.. T F F F. T allow d = = RF f tc comp T f CR env m1 m21 m22 ID RF CR f Tult RF CD f RF BD Pozn: Americká a francouzská norma vychází z krátkodobé tahové pevnosti a creep zohledňuje vyšším součinitelem než anglická norma, která vychází z dlouhodobé tahové pevnosti. 94

95 Dlouhodobá tahová pevnost T CR -[kn/m]: -Do výpočtu se vliv creepu zavádí pomocí dílčího součinitele spolehlivosti (např. F tc nebo f m1 nebo FR CR ). Rozdílnost v označení vyplývá z národních předpisů, a tím i velikost tohoto součinitele se liší. -Francie F tc (doporučené hodnoty): Výztužná funkce Polymer/doba trvání konstrukce t = 0 t = 7 let t = 70let PES 1 1,5 2,25 PP, PE 1 3,0 4,5 -Anglie f m1 : dílčí součinitel bezpečnosti vyjadřující vliv materiálu:. Dle [BS 8006] je tento součinitel funkcí řady dalších dílčích součintelů, znichž nejdůležitější je (vliv extrapolace dat na požadovanou životnost z naměřených dat). Ostatní součinitele lze uvažovat rovno 1,0. -USA FR CR : podle aplikace (svahy, opěrné stěny apod.) jsou uvedeny min. a max. hodnoty tohoto součinitele pro daný polymer. 95

96 96 USA RF ID velikost součinitele je vyjádřena min. a max. hodnotou podle charakteru aplikace Výztužná funkce Dílčí součinitele: 1. Vliv instalace při zasypávání a následném hutnění dojde k poškození výrobku. Míra poškození je vyjádřena tímto součinitelem a závisí na velikosti zrna a na jeho tvaru. Vyjadřuje snížení tahové pevnosti. Francie F comp -dílčí souč. spolehlivosti vyjadřující nebezpečí porušení výztuhy instalací (1,1 1,5). Hodnota 1.5 platí pro ostrohranný štěrk Anglie f m21 - není uvedena konkrétní hodnota. Více méně má tuto hodnotu dodat a zaručit výrobce. Je uveden v certifikátech BBA.

97 Dílčí součinitele: Výztužná funkce 2. Vliv okolního prostředí (chemismus, mikroorganismy, UV apod.) vyjadřuje míru degradace geosyntetika vlivem chemických látek přítomných v zemním prostředí, vlivem mikroorganismů popř. degradace vlivem UV záření. U tohoto součinitele je nutné znát o jaký typ polymeru se jedná (viz. první přednáška o geosyntetikách). Francie F env -dílčí souč. bezpeč. vyjadřující snížení pevnosti vlivem okolního prostředí (1,0 1,1). Anglie f m22 - není uvedena konkrétní hodnota. Více méně má tuto hodnotu dodat a zaručit výrobce. Existují certifikáty BBA, kde musí výrobci tyto hodnoty udat. USA RF CD (RF BD ) velikost součinitele je vyjádřena min. a max. hodnotou podle charakteru aplikace. 97

98 Porovnávací studie: Výztužná funkce Pro výše uvedené vztahy a jednotlivé dílčí součinitele spolehlivosti bylo provedeno jejich porovnání. Studie byla provedena pro geosyntetika typu geomříží na bázi HDPE, T f = 55kN/m, T CR = 29,1 kn/m (70let). Další vstupní parametry jsou uvedeny v Tab.2. Tab.2: Vstupní hodnoty pro parametrickou studii vliv creepu vliv instalace ** vliv okolního prostředí ** 70 let min. max. min. max. NFG- 4,5 1,0 1,5 1,0 1, BS ,0 1,0 1,36 1,0 1,05 AASHTO 5,0 * 1,05 3,0 1,1 2,0 *... není uvedeny pro konkrétní dobu **... jsou uvedeny minimální a maximální hodnoty, které mohou nastat 98

99 Porovnávací studie: Výztužná funkce 55.0 BS let(max) BS let(min) 45.0 AASHTO-?let(max) AASHTO-?let(min) pevnost v tahu [kn/m] NFG-70let(max) NFG-70Let(min) vliv creepu vliv instalace vliv okolí dílčí součinitele bezpečnosti Graf.1 Porovnání T d podle BS, AASHTO a NFG pro životnost konstrukce 70 let 99

100 Výztužná funkce 100

101 Výztužná funkce Obr. 1 Obr

102 Výpočet strmé svahy: Vyztužené svahy ϕ /, c /, γ h : u = r u γh r u Klín 1 H θ 1 Klín 2 β θ 2 Síla výztuhy: Q 1 T CELK = T 1 + T 2 = ( G + Q )( tgθ tgϕ ) tgθ tgϕ 1 ( U tgϕ K ) cosθ R / 1 T 1 N / 1 R / 12 N / 12 G 1 U 12 T 12 N / 12 U 12 T 12 R / 12 Q 2 G 2 + ( G + Q )( tgθ λ tgϕ ) S 1+ α tgθ tgϕ S 2 2 αs + 2 ( U tgϕ K ) 2 2 cosθ 2 2 U 1 KLÍN 1 K 1 K 12 T 2 K 12 R / 2 K 2 N / 2 U 2 KLÍN 2 102

103 Vyztužené svahy Výpočet strmésvahy kotevnísíla: L H α P výztuha L K α S L D L K TD = α ( σ tgϕ + c D) P v D 103

104 Vyztužené svahy Výpočet strmé svahy vzdálenost výztuh: σ haz σ hz T D σ haz = σ hz = K. ( γ. z + q) SVZ S VZ K T D ( γ. z + q) 104

105 Výztužná funkce Aplikace 105

106 Výztužná funkce Vyztužené svahy 106

107 Vyztužené svahy Co je možné vyřešit? 1. Zvýšen ení sklonu svahu 2. Pro již navržený sklon zvýšit jeho stabilitu 3. Sanace lokáln lních sesuvů 4. Lze použít t nevhodný materiál l z lokality 107

108 Vyztužené svahy 1. Zvýšen ení sklonu svahu: Využití: je dán zábor a potřebujeme rozšířit zemní těleso Nový sklon Původní sklon 108

109 Vyztužené svahy Při posuzování stability násypového tělesa se vychází z výpočtů pomocí mezní rovnováhy (Bishopova modifikovaná metoda, Sarmova metoda ) nebo pomocí napjatostně-deformačních výpočtů (např. MKP) apod. 109

110 Vyztužené svahy Výpočet stability svahu pomocí Bishopovy metody s vyztužením možné případy stanovení síly T i : Stanovení síly T i : přetržení vytržení T D, i = f T m1 CR, i f m2 T a, i = 2 Li, p p ( c v tanϕ ), α + σ F os f = f f = f f f m1 m11 m12 m111 m112 m121 m122 f f = f f = f f m2 m21 m22 m211 m212 m22 f 110

111 Vyztužené svahy Zavedení síly do výpočtu: Zavedení přídavné síly Mezi proužky (I. Vaníček) 111

112 Vyztužené svahy 3. Sanace lokáln lních sesuvů: Využití: při změně vlastností zemin v zemním tělese (vlivem vody) nebo se zvýší intenzita dopravy apod. Potom může dojít k jeho sesunutí. Lze využít sesunutou zeminu. Samozřejmě ne zeminu z místa smykové plochy. Jedním z řešení je provedení vyztužení 112

113 Vyztužené svahy 3. Sanace lokáln lních sesuvů: 113

114 Vyztužené svahy 4. Lze použít t nevhodný materiál l z lokality: Využití: v mnoha případech při provádění zemního tělesa je nutné použít nevhodný materiál do tělesa, protože kvalitní materiál je nedostupný (velké dovozní vzdálenosti). Jedním z řešení je provedení vyztužení 114

115 Vyztužené svahy Svahy se sklonem do 45 U svahů se sklonem do 45 se v mnoha případech nepoužívá zvláštní úprava čela. Tzn. Že výztuhy jsou ukončeny na čele svahu. V případě dešťových srážek nebo povětrnostních vlivů se použije geosyntetikum, které plní ochrannou funkci. 115

116 Vyztužené svahy Protirozní geosyntetikum Sekundární výztuha Primární výztuha 116

117 Vyztužené svahy Svahy se sklonem nad 45 U svahů se sklonem nad 45 je již nutné provádět úpravu čela obalované čelo, ocelové sítě, pytle s pískem apod. 117

118 Vyztužené svahy Obalované čelo 118

119 Vyztužené svahy Obalované čelo Dočasný opěrný Systém Primární výztuhy Spojovací prvek Sekundární výztuha 119

120 Vyztužené svahy Ocelové sítě Ocelová síť Geosyntetikum Kotevní tyč Textilie Jemnozrnná zemina 120

121 Vyztužené svahy Obalované čelo s pytli pískup 121

122 Výztužná funkce Opěrné konstruce, mostní opěry atd. 122

123 Opěrné konstrukce Ekonomické porovnání opěrných konstrukcí 123

124 Opěrné konstrukce Co je možné vyřešit? 1. Lze budovat konstrukci se sklonem aža U jednoduchých mostních konstrukcí,, lze zbudovat mostní opěru ze zeminy jako přiléhající násyp stejné sedání 124

125 Opěrné konstrukce-výpočet Vnější stabilita posunutí překlopení únosnost stabilita 125

126 Opěrné konstrukce-výpočet Vnější stabilita L MIN,POS L MIN,UNOSNOST q 2 q 1 q 2 q γ 1, ϕ / 1CV γ 2, ϕ / 2CV γ 1, ϕ / 1CV γ 2, ϕ / 2CV γ 2, ϕ / 2CV H G 1 H G 1 γ 1, ϕ / 1CV S a S a H/3 H/3 ϕ / 3CV γ 3, ϕ / 3CV M R V R H M R V R H posunutí únosnost stabilita G1 α S tgϕcv 1.5 S a σ R d V, MAX

127 Opěrné konstrukce-výpočet Při posuzování vnější stability se vychází z předpokladu, že vyztužený zeminový blok se chová jako homogenní celek Výstup: šířka bloku L 0.6 < L/H <

128 Opěrné konstrukce-výpočet Vnitřní stabilita vytržení přetržení Dále je nutné posoudit možné oslabení na kontaktu výztuha - zemina Metoda klínů 128

129 Opěrné konstrukce-výpočet Vnitřní stabilita P stálé, P nahodilé P nahodilé, P stálé P E E apv agv E a G E aph E agh h i Z q i q f w Q Uvažuje klín z bloku definovaný výškou h i a úhlem θ i. 129

130 Opěrné konstrukce-výpočet Vnitřní stabilita i-tá výztuha S V Oblast zeminy odpovídající i-té výztuze S V = T D σ ah 130

131 Opěrné konstrukce-výpočet Vnitřní stabilita q 1 q 2 z γ 1 G 1,Z γ 2, ϕ / 2CV S a,z z/3 σ = σ K H, MIN, Z V, MAX, Z a2 (σ (σ V ) V ) min max R M H L R V 131

132 Opěrné konstrukce-výpočet Vnitřní stabilita F V x S B S Zóna 1 z 1 σ = K σ ah, P a V, P,1(2,3) Zóna 2 σ V,P z 2 H Zóna 3 σ V,P L 132

133 Opěrné konstrukce-výpočet Vnitřní stabilita x S F H σ H B S z S 45 +ϕ/2 σ ah, H = 2F z S H 133

134 Opěrné konstrukce-výpočet Vnitřní stabilita kotevní délka: G θ,i S a Z / i /3 Z i i j k L K f f T D 2σ wα tgϕ 1 V P θ i T K,l L K,l l m 134

135 Opěrné konstrukce-výpočet Vnitřní stabilita prověřuje, množství požadované výztuže tak, aby nedošlo k selhání mechanismu vyztuženého zemního tělesa. Výstup: typ výztuže, rozteč výztuže 135

136 Opěrné konstrukce-výpočet Další případy výškově odskákaná zeď 136

137 Opěrné konstrukce-výpočet Další případy stupňovitá zeď H1 D D (H1 + H2)/2 bez odskoku H2 D > H2.tan(90 -ϕ) samostatné zdi Jinak stupňovitá zeď 137

138 Opěrné konstrukce-výpočet Další případy zdi proti sobě 138

139 Opěrné konstrukce-výpočet Další případy zdi proti sobě Případ I: Dvě nezávislé zdi D>H.tan(45 -ϕ/2) plný aktivní tlak D<H.tan(45 -ϕ/2) redukovaný aktivní tlak 139

140 Opěrné konstrukce-výpočet Další případy zdi proti sobě Případ II: L R > 0.3H akt. tlak se neuvažuje pro extrémní stab. Pro geometrii mezi I a II lineární interoplace tlaku 140

141 Opěrné konstrukce-výpočet Bathurst, Allen, Walters: Reinforcement loads in geosynthetic walls and the case for a new working stress design method 141

142 Opěrné konstrukce - čelo Alternativní úpravy čela 142

143 Opěrné konstrukce - čelo Panel na plnou výšku Poznámky: Panel je vyroben na plnou výšku konstrukce Zárodky výztuhy musí být při výrobě zabetonovány do paneku Musí být spoj (tj. spojení zárodku s další částí výztuhy), který umožní napojení požadované kotevní délky Musí se provádět dočasné pažení Panel se zakloní dle výšky (hutnící účinky by vyklonily panel z osy) 143

144 Opěrné konstrukce - čelo Panel na plnou výšku 144

145 Opěrné konstrukce - čelo Prefabrikáty Poznámky: Jsou možné panely různé velikosti a tvaru Zárodky výztuhy musí být při výrobě zabetonovány do paneku Musí být spoj (tj. spojení zárodku s další částí výztuhy), který umožní napojení požadované kotevní délky Musí se provádět dočasné pažení Panel se zakloní dle výšky (hutnící účinky by vyklonily panel z osy) 145

146 Opěrné konstrukce - čelo Prefabrikáty 146

147 Opěrné konstrukce - čelo Malé segmenty Poznámky: Suchý postup výstavby Ruční ukládání bloků Zárodky výztuhy nejsou potřeba Výztuha se položí mezi bloky a každý blok má mít definované uchycení výztuhy (např. umělohmotné kolíky apod.) Segmenty mezi výztuhami se zakloní dle výšky (hutnící účinky by vyklonily segmenty z osy) 147

148 Opěrné konstrukce - čelo Malé segmenty systém TensarWall Blocks Connector 148

149 Opěrné konstrukce - čelo Gabiony Poznámky: Gabion plní jen pohledovou úpravu Výztuhy jsou zataženy mezi gabiony 149

150 Opěrné konstrukce - čelo Ocelové sloupky + bet. desky Poznámky: Pro ocelové sloupky se musí provést základy, do kterých zafixují Finální čelní úprava může vytvořena obkladem 150

151 Opěrné konstrukce technologická opatření zásypový materiál výztuhy pohledové prvky, úprava hutnění 151

152 Opěrné konstrukce technologická opatření výztuhy překrytí (min. 75 mm mezi výztuhami) vypnutí 152

153 Opěrné konstrukce technologická opatření pohledové prvky, úprava vzdálenost výztuh úprava čela patka (min. 150 x 300 mm) záklon (nap( např.. 20mm na 1m výšky prefabrikátu tu) 153

154 Opěrné konstrukce technologická opatření hutnění ve vzdálenosti min. 1.0 líce l lehké hutnící prostředky (max. do 1t nebo u vibračního mám být zatížen ení 1.5t/m šířky běhounu) b 154

155 Opěrné konstrukce 155

156 Výztužná funkce Podkladní vrstvy, báze násypů 156

157 Podkladní vrstvy Nejvhodnější podmínky pro aplikaci v podkladních vrstvách (dle FHWA - geotextilie): c u [kpa] CBR funkce filtrační popř. separační filtrační, separační popř. výztužná < 30 < 1 výztužná, separační, filtrační 157

158 Báze násypn sypů málo únosné podloží Vyztužení báze násypu pomocí geomříže, geotextlie 158

159 Báze násypn sypů málo únosné podloží Výztužný prvek Vyztužení báze násypu pomocí geomříže, geotextlie 159

160 Báze násypn sypů velmi málo m únosné podloží Geobuňková struktura nebo vyztužení ve více vrstvách 160

161 Báze násypn sypů velmi málo m únosné podloží Geobuňková struktura nebo vyztužení ve více vrstvách 161

162 Báze násypn sypů velmi málo m únosné podloží 1. Základní prvky konstrukce L2 L1 q Násyp g n, f ef p =min 0.5m H c u G e o b u ň k o v á m a t r a c e Slabé Měkké jíly jíly d Pevné podloží hák z ocelové tyče uhlopříčná mezistěna příčná mezistěna s= h Konstrukce matrace z geobuněk Půdorys uspořádání při instalování geomříží SR GEOMAT 162

163 Báze násypn sypů velmi málo m únosné podloží tuhá deska stlačovaný blok tuhá deska smyková pole 163

164 Báze násypn sypů velmi málo m únosné podloží Geobuňková struktura nebo vyztužení ve více vrstvách 164

165 Báze násypn sypů velmi málo m únosné podloží Problém: Pokud je nutné zajistit i omezení deformací pod konstrukcí lze použít tzv. roznášecí platformu 165

166 Báze násypn sypů velmi málo m únosné podloží Load transfer platforms (settlement free) 166

167 Báze násypn sypů velmi málo m únosné podloží NÁSYP SVISLÉ NAPĚTÍ VÝZTUHA HLAVICE PILOTY NÁSYP VÝZTUHA E apv HLAVICE T i PILOTY 167

168 Použité podklady Giroud J.P.: Geosynthetics in hydraulic engineering Miča: články, publikace Muller-Rochholz, J.: Geosynthetics, types, functions and associated tests Rowe: Design with geosynthetics TP97 Vaníček, I. a kol: Mezní stavy vyztuž.. Geotechnika (časopis) - Baslík 168

169 Použité podklady Použité obrázky jsou ilustrativní, aby si čtenáři této prezentace mohli představit řešený problém, detail či aplikaci. Proto při splnění všech podmínek návrhu, lze použít obdobně pro danou aplikaci všechny typy geosyntetik. Další doplňující informace lze získat např. v TP 97 či na internetu při zadání termínů s požadovanou problematikou. V případě dalších dotazů či konzultací se lze kontaktovat osobně či em mica.l@fce.vutbr.cz 169