Články Geosyntetika ve vodním stavitelství Příklady použití

GEOSYNTETIKA VE VODNÍM STAVITELSTVÍ
Ing. Veronika Lečová, GEOMAT s.r.o.
Ing. Martin Kašpar, GEOMAT s.r.o.
Geosyntetické výrobky jsou v posledních letech vyhledávanou alternativou klasických
technologií jak pro svou ekonomickou nenáročnost, tak pro jednoduchý a rychlý postup
výstavby i v obtížných podmínkách.
Možností použití geosyntetických výrobků ve vodním stavitelství je s ohledem
na vznik nových, progresivních a technicky vhodných řešení celá řada. Protierozní ochrana
je jednou ze základních aplikací, která efektivně a dlouhodobě zajišťuje ochranu břehů, hrází
či koryt před vnějšími vlivy.
1. Protierozní ochrana
Eroze nastává, pokud účinky vody nebo větru uvolňují a odnáší částečky zeminy. Rozsah
eroze závisí na síle proudu vody či větru, rozměrech svahu (výška, délka a sklon) a typu
zeminy. Poruchy přírodních nebo uměle vytvořených svahů jsou běžným problémem zvláště
u soudržných zemin nebo v oblastech s výskytem velkých vodních srážek.
Geosyntetika určená pro protierozní ochranu podporují růst vegetace pro stanovené
návrhové období. Z hlediska trvanlivosti používáme protierozní materiály dočasné
(biodegradabilní - biologicky odbouratelné), které napomáhají vzrůstu vegetace v prvních
měsících a protierozní materiály trvanlivé (z plastů), které stabilizují povrch
po dobu tvorby kořenového systému a následně mu zajišťují dlouhodobou oporu.
Jsou využívány v oblastech namáhaných opakujícími se povodněmi, vlnami nebo občasnými
toky o vysokých rychlostech jako je tomu u břehů řek, pobřeží, kanálů, pobřežních hrází
a jezů.
Z hlediska vlivu vody rozeznáváme protierozní ochranu svahů suchých, svahů dočasně
smáčených a svahů trvale smáčených. Pokud tato dvě hlediska spojíme dostáváme následující
základní rozdělení protierozní ochrany svahů:
1.1. Dočasná protierozní ochrana pro svahy suché (např. BioNet)
Biodegradabilní rohože udržují vlhkost a mírnou teplotu zeminy, což umožňuje rychlý
růst semen. Jejich předností je možnost dobrého vytvarování zemního povrchu
a tím i výborný růst rostlin bez jakéhokoliv omezení druhu.
Obr. 1 Kokosová rohož
Obr. 2 Instalace kokosové rohože na
svahu portálu železničního tunelu
Příliš malá oka mohou omezit růst rostlin
a způsobit „stanový“ efekt (tj. zvedání georohože
růstem vegetace).
Obr. 3 Schéma dočasné protierozní ochrany svahu
1.2. Trvalá protierozní ochrana pro velmi strmé svahy a pro svahy dočasně smáčené
(např. georohože Trinter, Tensar Mat)
Výrobky řady Trinter a Tensar Mat jsou tvořeny flexibilní prostorovou rohoží, která
se nerozkládá a je umístněna na povrchu svahu. Tyto protierozní rohože představují
ekonomické a dlouhodobé řešení pro trvalou ochranu proti erozi na namáhaných zemních
svazích.
Využití geosyntetik pro tuto aplikaci je levnější než většina nepoddajných a inertních
úprav svahů. Geosyntetika neškodí životnímu prostředí a jsou dlouhodobým řešením daného
problému s velmi jednoduchou instalací.
Obr. 4 Georohož Trinter
Obr. 5 Rekonstrukce koryta potoka
s protierozní ochranou pomocí geo–
rohože
1.3. Trvalá protierozní ochrana pro vysoce namáhané svahy resp. svahy trvale smáčené
a svahy namáhané proudící vodou (např. rohože s výztužnou mřížkou
Vmax3 C350, geobuňky MULTICELL)
1.3.1 Výztužné rohože Vmax³
Výrobky Vmax3 jsou kompozitní konstrukce tvořené jádrem z kokosových vláken (C350),
ze směsi kokosových vláken a slámy (SC250) nebo z polypropylénových vláken (P550), které
je vloženo mezi vysokopevnostní podpůrnou 3D rohož. Zajišťují trvalou protierozní ochranu
svahu, jež se vyrovná až 76 cm mocné vrstvě kamenného záhozu. Biodegradabilní jádro
zajišťuje ochranu vegetace po dobu 12 až 36 měsíců, tloušťka kompozitní konstrukce zase
zajišťuje vhodnou mocnost pro vyztužení kořenů travin. Materiál trvalé ochrany je navržen
tak, aby odolal působení UV záření.
Trvalá 3D rohož zvyšuje smykovou odolnost povrchu vegetace na hodnoty mezi
480 – 670 Pa. Vysoká pevnost této struktury odolává poškození od přírodních sil či lidské
činnosti (síly od intenzivního pěšího provozu, strojů údržby a automobilové dopravy).
Obr. 6 Rohož s výztužnou mřížkou Vmax3 C350
Obr. 7 Schéma trvalé protierozní ochrany
Obr.8 a 9 Rohož s výztužnou mřížkou Vmax3 C350 při a po instalaci
1.3.2 Geobuňkový systém MULTICELL
Zatímco ozelenění poskytuje mírnému svahu cenově efektivní řešení, geobuňky
MULTICELL zajišťují ekonomické řešení pro obtížné erozní podmínky.
Obr. 10 Geobuňkový systém MULTICELL
Obr. 11 Protierozní ochrana břehů
vodního toku pomocí geobuňkového
systému MULTICELL
Výplňový materiál je chráněn samotnou buňkou a tudíž je ochráněn proti přemisťování.
Každá buňka má funkci malé přehrady umožňující vodě či větru přejít přes povrch, aniž
by odstranily výplň. Pokud je jako výplňový materiál použita zemina s osevem, je možno
rostlou vegetaci udržovat běžnými prostředky bez rizika poškození geobuněk. Vyplněné
geobuňky MULTICELL lze použít při zajištění stability svahu s přídavným externím
zatížením – např. dna řečišť, strmé silniční násypy atd.
1.4. Testy geosyntetických výrobků s protierozní funkcí
Společnost North American Green se v široké míře zabývá testováním výrobků
a zjišťováním výhod jednotlivých typů. Je testována především jejich účinnost v závislosti
na struktuře výrobku a zatížení svahu.
Zkoušky protierozních schopností jednotlivých geosyntetik probíhaly na universitách
Utah State University, TTI (Texas Transportation Institute) a Colorado State University.
Na posledně jmenované se prováděla testování nejnovější, kde byly výrobky Vmax3
instalovány v modelu kanálu skutečného měřítka na vysoce erozivní písčité hlíně se sklonem
kanálu až do 45°. V kanálu byl simulován proud vody o proměnné intenzitě vystavující
výrobky Vmax3 vzrůstající úrovni smykového napětí. Byly testovány tři fáze vzrůstu
vegetace: po osetí, částečně vzrostlá a plně vzrostlá vegetace (viz obr. 12). Testování
probíhalo v různých časových intervalech proudící vody a různých sklonech. Byly provedeny
jak krátkodobé testy trvající jednu hodinu, tak testy dlouhodobé s dobou proudění vody deset
až šedesát hodin.
Dále byla pomocí vnitřního svahového simulátoru zjišťována protierozní odolnost
při srážkách různé intenzity.
Obr. 12 Fáze testování výrobku C350
Fáze 1. Bez vzrostlé vegetace
Nechráněné semeno a zemina jsou velmi náchylné k erozi. Po instalaci výrobku Vmax3 C350
vytvoří humózní vrstva, kokosové vlákno a trvalá vlnitá 3D rohož rovnoměrnou mulčovací
vrstvu a účinnou protierozní ochranu semene o smykové odolnosti až do 153 Pa, která
je vyvolaná prouděním vody.
Fáze 2. Nová nezralá vegetace ve fázi růstu
Jemné stonky a nevyvinuté kořenové systémy nezralé vegetace poskytují povrchu zeminy
jen velmi malou ochranu a jsou náchylné k poškození nebo odstranění již při hodnotě
smykového napětí 29 Pa. Výrobek C350 nepřestává poskytovat protierozní ochranu
a konstrukční podporu vyvíjejícím se rostlinám, tahová pevnost tohoto sytému vegetace–
rohož se postupně zvyšuje až na hodnotu 480 Pa.
Fáze 3. Zralá vegetace v plném vzrůstu
Pokud není zralá vegetace vyztužená, může dojít k významným ztrátám zeminy a fyzickému
poškození zeleně již při hodnotě smykového napětí 48 Pa vyvolaného prouděním vody. Vlnitá
struktura výrobku C350 vyztuží zeminu, ukotví kořeny a stonky vegetace a zvýší povolenou
hodnotu smykového odporu trvalé vegetace až na 576 Pa.
Výsledky testování značně přesáhly publikované návrhové hodnoty výrobků Vmax3.
Během testování nedošlo ke ztrátám zeminy či porušení vegetačního systému,
což je považováno za významný posun v protierozní ochraně vysoce namáhaných svahů.
Obr. 13 a 14
Testovací kanál
a vnitřní
svahový
simulátor deště
Aplikována
srážková voda
různých intenzit
1.5. Návrhový software
Tento software umožňuje na základě laboratorních výzkumů a testování na modelech
v reálném měřítku usnadnit výběr vhodných materiálů pro konkrétní aplikaci.
Modul svah: Poskytuje analýzu parametrů staveniště jako např. sklon svahu, jeho délku,
typ zeminy, energii a intenzitu místních dešťových srážek.
Modul na ochranu kanálů: Poskytuje analýzu hydraulických účinků proudění vody
na materiály jako jsou protierozní koberce a výztužné rohože North American Green,
vegetace a kamenný zához.
2. Další využití geosyntetik ve vodním stavitelství
Geosyntetika ve vodním stavitelství také velmi dobře zajišťují celou řadu doprovodných
staveb, jako např. přístupové komunikace, přechody zvodnělých území, „měkké“ opěrné
konstrukce, izolace hrází, ochranu hrází před drobnými živočichy apod.
2.1. Zvyšování únosnosti podloží
K prvnímu použití geosyntetik dochází zpravidla již při zahájení stavby, kdy je potřeba
dostat stavební techniku na měkký nebo podmáčený terén. Jednoduché rozvinutí role tuhé
geomříže nebo rozprostření geobuněk a následné zasypání zrnitým materiálem zajistí
bezpečný a pohodlný přístup na staveniště i na velmi neúnosných půdách. Výhody
ve srovnání s klasickým používáním zejména silničních panelů jsou zřejmé. Také srovnání
nákladů vyznívá ve prospěch geosyntetik.
Obr. 15 Schéma principu fungování
stabilizace neúnosných vrstev
Obr. 16 Dočasná přístupová komunikace
Stabilizační vrstva (geosyntetikum + zrnitý materiál) roznáší zatížení a tím snižuje napětí
působící na podloží pod kritickou hodnotu. Roznos zatížení je zvýšen díky omezenému
pohybu kameniva.
2.2. Strmé svahy, sanace sesuvů, zemní valy a hráze
Další důležitou oblastí použití je zajištění stability svahů a zemních hrází pomocí
výztužných geosyntetik. Přínosem geosyntetika je zmenšení kubatur násypů,
a tím příslušných záborů a možnost využití méně vhodného zásypového materiálu.
Principem zvýšení stability je přerušení potenciálně nebezpečných smykových ploch
probíhajících svahem k jeho líci nebo do podloží. Běžně se pro dosažení příslušného stupně
stability používají geotextilie, jednoosé geomříže či geobuňky.
Výběr vhodných měkkých a poddajných čel může záviset na několika faktorech,
jmenovitě na požadované povrchové úpravě, omezeních a místních podmínkách životního
prostředí, ale hlavně na sklonu svahu. Nejoblíbenější pohledovou úpravou svahu je obalované
čelo, umožňující přirozený zelený vzhled svahu.
Obr. 17 Schéma zemního valu/hráze
Obr. 18 Schéma sanace sesuvu svahu
Měkká čela jsou ekonomická a umožňují výběr z mnoha povrchových úprav se skvělými
výsledky.
Výhody spojené s výstavbou strmých vyztužených svahů jsou především:
– minimalizace záborů
– redukce zásahů do citlivých oblastí životního prostředí
– snížení množství požadované výplně
– možnost použití místní zeminy
– jednoduchá a rychlá výstavba
– měkká čela jsou ekonomickou alternativou klasických opěrných stěn