Ekologická Opěrná Zeď: Principy a Návrh s Využitím BIM Modelů

Rychlý postupující proces digitalizace ve stavebnictví zahrnuje i oblast geotechniky. Proces BIM je jedním z jeho projevů. Propojení 3D modelu podloží a vlastní geotechnické konstrukce tak může podat jasnější pohled na interakci této konstrukce s podložím. Současně však umožňuje zřetelnou kontrolu pro všechny účastníky stavebního procesu, zda všechny podmínky této vzájemné interakce jsou splněny, zda je zde docíleno základního principu navrhování geotechnických konstrukcí - péče věnovaná všem fázím návrhu a realizace musí odpovídat riziku s touto konstrukcí a podložím spojené.

Význam 3D Modelování v Geotechnice

Úlohy spadající pod geotechniku mají velmi často 2D charakter. Typickým příkladem může být protipovodňová hráz podél řek či dlouhá opěrná zeď. Návrh i provedení obou těchto geotechnických konstrukcí vychází z charakteristických hodnot geotechnických parametrů zeminy s nímž jsou tyto konstrukce v interakci. Problém je, že na poměrně dlouhém úseku se může vyskytovat místo, kde geotechnické parametry jsou nižší než předpokládané, využité při návrhu a v tomto lokálním místě může dojít k porušení.

V případě protipovodňové hráze tak např. úsek dlouhý 10 m, který se poruší, prakticky znehodnotí význam celé protipovodňové hráze, která může být i 10 km dlouhá. Z různých typů opěrných zdí má nejmenší tuhost ve třetím rozměru gabiónová stěna, především v porovnání s klasickou betonovou. Při 3D zobrazení podloží, minimálně ve formě geologického a geotechnického modelu podloží, je snazší vytipovat tato potenciálně nebezpečná místa a tak předejít ztrátě funkčnosti.

Pro zemní konstrukce dopravních staveb jde také o liniovou stavbu, ale třetí rozměr má ještě větší význam než pro protipovodňovou hráz, neb šířka (třetí rozměr) při vyšších násypech, resp. hlubších zářezech, má větší význam, i když v realitě porucha si zachovává lokální charakter - typickým příkladem je sesuv na D8. Z hlediska vlastní geotechnické konstrukce, je zajímavý přechod pro sypané přehrady, pro jaký poměr délky hráze a její výšky je již vhodnější využívat 3D výpočetní model.

Současné požadavky na digitalizaci stavebnictví, např. ve formě využití BIM modelů (Building Information Modelling), tak vychází vstříc těmto současným požadavkům na geotechnické konstrukce kladeným. Základním požadavkem je, aby celá stavba, to znamená nejen horní stavba ale i podloží a základové konstrukce, zprostředkovávající vzájemnou interakci, byly součástí jednoho společného 3D modelu. Vzájemným propojením tak do popředí vystupuje možnost porovnání kvality (vypovídací hodnoty) modelu podloží (ať již geologického či geotechnického) s náročností vlastní horní konstrukce (která však opět může být geotechnická, jak již zmíněné zemní konstrukce či podzemní konstrukce (tunely, štoly apod.).

Čtěte také: Co nabízí Ekologická poradna Dr. Landy?

BIM a Jeho Aplikace v Geotechnice

Jedna z nejvíce používaných definicí procesu BIM je dle Amerického národního výboru pro BIM standard, která říká, že BIM je digitální popis fyzických a provozních charakteristik zařízení/příslušenství - facility. BIM je sdílený zdroj znalostí, informací o tomto zařízení, vytvářející spolehlivý základ pro rozhodování během jeho životního cyklu, definovaného od prvé koncepce až po demolici, [1].

V dalším hlavní pozornost bude zaměřena na první faktor, který v principu vede k bezpečnému, ale současně efektivnímu návrhu stavby, když do rozhodovacího procesu mohou vstupovat jeho základní účastníci, od investora, po realizátora geotechnického průzkumu, projektanta, dodavatele, až i po schvalovací orgán, který se k výstavbě vyjadřuje. Druhý faktor je však neméně důležitý, neb především umožňuje časovou souslednost, návaznost jednotlivých kroků, zajišťující jejich postupný vývoj a upřesňování. Nesmí se však ani zapomenout na implementaci principů udržitelné výstavby, které se v současně době silně prosazují, [2], [3].

Zjednodušeně řečeno, inženýrské řešení je podmínka nutná, ale nepostačující, je třeba jí doplnit o další dimenze, v prvé řadě ekologické a sociologické. Tím se především myslí potřebnost implementace prvků udržitelné výstavby do vlastního návrhu včetně finanční efektivity. Otázka spolehlivých základů pro rozhodování a pro vzájemnou spolupráci hlavních aktérů začíná již od samého prvopočátku. Na jedné straně je zde představa investora o objektu a prvotní informace o podloží, na kterém tento objekt má být situován.

Dnes již i investor různých supermarketů, velkoskladů pochopil, že jeden standardní, unifikovaný projekt takovéto stavby nemůže umisťovat na jakémkoliv místě, alespoň bez minimální znalosti o charakteru podloží. Stejně tak nelze modelovat ve 3D horní stavbu bez vztahu k podloží, resp. jeho náhrady různými pružinami, neboť je to v rozporu se základními principy navrhování stavebních konstrukcí, vyjádřených nyní jednoznačně v soustavě Eurokódů pro navrhování stavebních konstrukcí.

Geotechnický Průzkum a Ground Model

Návrh EN 1997 druhé generace, využívá nejen termínu geologický model, ale pro tento geologický model doplněný o výsledky provedených terénních a laboratorních zkoušek využívá jednoduchý termín Ground model. Přestože anglické slovo ground má v češtině mnoho možných významů, pravděpodobně lze očekávat, že bude překládán pro základové konstrukce opět jako model základové půdy.

Čtěte také: Postupy likvidace nebezpečného odpadu

Z pohledu časové souslednosti do popředí vystupuje geotechnický průzkum (geotechnical/ground investigation), resp. jeho rozfázování:

• Desk study - studie od stolu - rešerše všech dostupných dosavadních informací z pohledu požadavku geologického a geotechnického modelu - tato fáze je spojena s investičním záměrem. V principu vychází ze všech dostupných mapových podkladů - od geologických, inženýrsko-geologických, hydrogeologických až po mapové podklady charakteru geo-environmentálního. S dalším využitím databáze dosud provedených průzkumných bodů v zájmovém území. Pro významné stavby veřejného charakteru, tyto podklady jsou využitelné pro hodnocení různých variant umístění, s následným využitím pro proces EIA.
• Preliminary GI - předběžný geotechnický průzkum /ground investigation - již využívá průzkumných metod i když jen v omezené míře, které slouží především pro potvrzení očekávání získaného v rámci desk study. Jde o verifikace rozhraní litologických vrstev a pomocí výsledků zkoušek (mohou postačit zkoušky popisné a indexové) i jejich quasi homogenitu.
• Confirmatory GI - konfirmační/dotvrzující průzkum - průzkum skutečného stavu - je významný pro porovnání, jak dostatečně/věrohodně byl průzkum zajištěn v prvních 3 fázích a nakolik projektant použil ve výpočetním modelu hodnoty velmi blízké realitě, nebo naopak příliš konzervativní, resp. příliš optimistické. Tato fáze je typická pro tunely, pro základové jámy či pro zářezy zemních konstrukcí dopravních staveb, kdy lze vizuálně ověřit skutečný stav s možností konfirmace doplňujícími zkouškami.

Udržitelná Výstavba a Geotechnický Průzkum

Význam prvého kroku, vyhodnocení všech dostupných informací, byl již zmíněn, když např. pro infrastrukturní stavby má vliv na výběr variant, i na posouzení vlivu na životní prostředí - EIA. Avšak již v této fázi je možné uplatnit princip udržitelné výstavby. V tomto směru lze zmínit dvě otázky, první je spojena s doporučením, zda pro návrh sklonů násypů a zářezů bude aplikován princip vyztužování (pro strmější sklony) či nikoliv. Do popředí vystupuje otázka potřebného záboru a vykoupení půdy, resp. otázka kubatury vytěžené a zpětně uložené zeminy.

Druhá otázka je spojená s možností využití velkoobjemových odpadů, jako např. stavební a demoliční odpad, vytěžená zemina, hornina při realizaci podzemních konstrukcí, podzemních garáží apod., resp. různé odpady vznikající při těžbě surovin a jejich využití. Druhý krok - předběžný GI se v prvé řadě více zaměřuje na oblasti, o kterých z prvého kroku není tolik předchozích informací. Průzkumné body by v prvé řadě měly podat dostatečné informace pro ocenění jednotlivých litologických vrstev, když lze použít i termínu dnes u nás využívaného-geotechnický typ.

Jde nejen o rozhraní ale i o základní vlastnosti, minimálně popisného a indexového charakteru, když někdy pro bližší vyčlenění jednotlivých litologických vrstev lze využít množiny výsledků těchto základních vlastností. To se přirozeně týká i informací o filtračních vlastnostech a o hladině podzemní vody, resp. tlaku vody v pórech. Přičemž s ohledem na rozmístění průzkumných bodů a jejich hloubku je možné využívat doporučení v ČSN EN 1997-2 příloha B.3. V této fázi však jen na podkladě zkušeností, když například pro založení mostních pilířů ještě nebylo rozhodnuto, zda budou založeny plošně či na pilotách.

Předběžný GI by však měl podat dostatek podkladů pro rozhodnutí projektanta o způsobu založení a s využitím různých tabulkových hodnot mechanicko-fyzikálních geotechnických parametrů odvozených na základě výsledků laboratorních a terénních zkoušek, pro prvotní návrh dle mezních stavů, např. [5]. Jelikož průzkumné terénní metody mají v tomto směru určité výhody, je tendence k jejich upřednostnění, když jejich výběr pro různé fáze průzkumu specifikuje Příloha B.2 v ČSN EN 1997-2.

Čtěte také: Strojírenství a ekologické předpisy

Obdobných tabulkových hodnot mechanicko-fyzikálních lze využít pro předběžný návrh sklonů svahů zářezů a násypů, když pro násypy jsou využity informace získané z míst, z nichž tento materiál bude využit, ze zemníku, u zemních konstrukcí dopravních stav ze zářezů. Při aplikaci alternativních materiálů za využití též dosavadních zkušeností. Třetí krok - podrobný průzkum, průzkum pro návrh geotechnické konstrukce - je rozhodující. Doplňující průzkumné body již využívají předběžný návrh geotechnické konstrukce, a tak se mohou plně řídit doporučeními ČSN EN 1997 s ohledem na rozmístění a hloubku.

Současně však při plánování této fáze je třeba rozdělit jednotlivé úseky dopravní stavby dle rizika, třídy následků, a to na různé geotechnické kategorie. Toto rozdělení na geotechnické kategorie tak specifikuje požadovaný rozsah a zaměření terénních a laboratorních zkoušek. Pro úseky spadající do 1. Geotechnické kategorie lze návrh realizovat s využitím dosavadních zkušeností a tak postačí popisné a indexové vlastnosti v dostatečném počtu pro jednotlivou litologickou vrstvu, jednoduše řečeno, postačí pro laboratorní zkoušky vzorky odebrané v rámci kategorie vzorkování třídy A a třídy kvality vzorků 2, v souladu s ČSN EN 1977-2.

Lze přirozeně využít i mechanicko-fyzikální vlastnosti získané pro sousední úseky dopravní stavby, spadající do vyšší geotechnické kategorie pro stejnou litologickou vrstvu. Pro úseky spadající do 3. Geotechnické kategorie je třeba GI plánovat tak, aby pro každou litologickou vrstvu byl schopen zajistit dostatečný počet vzorků pro statistické vyhodnocení jejich mechanicko-fyzikálních vlastností. Přičemž za minimum pro statistické vyhodnocení se běžně uvádí počet 5 vzorků.

Poslední pátý krok zaznamenává poslední zjištění o vlastnostech základové půdy/podloží a jeho 3D model spolu s 3D modelem skutečného provedení geotechnické konstrukce či celé stavby je posledním výstupem BIM modelu a slouží pro následné rozhodování v čase po celou životnost této stavby. Pro dopravní stavby jde o rozhodování při budoucí interakci s další stavbou či při rozhodování při nehodách, katastrofách, např.

BIM Model a Digitalizace ve Stavebnictví

Propojení 3D modelů podloží a geotechnické konstrukce, ať již základové, zemní či podzemní, je dnes označováno jako společný BIM model a je jedním z výstupů digitalizace ve stavebnictví. Slouží pro komunikaci partnerů při postupném upřesňování jednotlivých fází spojených s průzkumem a návrhem geotechnické konstrukce. Pozornost problematice je věnována i proto, neb Vládní usnesení č. 82 „Koncept zavádění metody BIM v ČR“, [6] specifikuje, že všechny nadlimitní zakázky financované z veřejných rozpočtů musí být zadávány v režimu BIM již od roku 2022.

Konkrétně bylo ukázáno rozfázování, postupné upřesňování BIM modelu podle jednotlivých fází geotechnického průzkumu ve vazbě na jednotlivé fáze navrhování geotechnických konstrukcí dopravních staveb, především pro zemní konstrukce (násyp, zářez) a základů mostních objektů.

Odvodnění Opěrných Zdí

Princip odvodnění je důležitý pro všechny typy opěrných zdí, včetně gabionových zdí, svahových tvárnic i zdi ze ztraceného bednění, ale provedení se mírně liší v závislosti na konstrukci a materiálu. Gabionové zdi mohou být stabilní, pokud je drenáž správně provedena, ale stále hrozí deformace. Svahové tvárnice spoléhají na vlastní hmotnost a odstupňovanou konstrukci proti svahu, což zvyšuje riziko jejich nestability.

Pro zajištění správného odtoku vody je nutné dodržet následující zásady:

1. Pro zajištění správného odtoku vody je nutné, aby terén za opěrnou zdí byl mírně vyspádovaný směrem od konstrukce. Dno výkopu pro štěrkový základ (300 mm) by mělo být vyspádováno v minimálním sklonu 1:12 (cca 5° nebo 8 %) směrem k zadnímu líci stěny. Tloušťka štěrkového polštáře se mění v závislosti na sklonu drenážní trubky, aby byl zajištěn její plynulý spád.
2. Alternativně lze drenážní trubku umístit do prohloubeného výkopu za nebo pod opěrnou zdí stavoblock. Toto řešení umožňuje zvýšit sklon trubky, čímž se urychlí gravitační odtok vody a minimalizuje riziko stagnace.
3. Na úrovni základové spáry se pokládá perforovaná drenážní trubka (ø100-150 mm se žlábkovaného nebo profilovaného HDPE nebo PVC), která je obsypána štěrkem a obalena geotextilií, aby se zabránilo jejímu zanášení jemnými částicemi. Trubka se uloží do nejnižšího místa štěrkového polštáře a zajišťuje odvod vody z celého drenážního systému stěny. Spád trubky je obvykle ke koncům stěny.
4. Drenážní rigol se provádí těsně za korunou zdi a má za účel zamezit přetékání povrchové vody přes korunu zdi a prosakování povrchové vody do zdi. Přetékající voda způsobuje zašpinění zdi. Rigol se buduje v rámci pokládání poslední vrstvy zeminy. Odvádí vodu ke koncům stěny nebo do vpusti. Nejčastěji je proveden z asfaltu nebo nepropustného betonu. Může to být ale také vrstva málo propustné zeminy (např.
5. Systém opěrných zdí Stavoblock zajišťuje přirozenou drenáž díky specifické výplni mezi tvarovkami. Jednotlivé dutiny se zasypávají tříděným a vymývaným kamenivem frakce 16/32 mm, které umožňují volný průchod vody. Pro finální dosypání se používá kamenivo frakce 8/16 mm, čímž je zajištěna stabilita konstrukce a efektivní odvodnění bez nutnosti dalších složitých drenážních opatření.

Literatura

• VANÍČEK, I., PRUŠKA, J., JIRÁSKO, D. BIM Model - Aplikace v geotechnice.
• VANÍČEK, I. Sustainable Construction.
• VANÍČEK, I., JIRÁSKO, D., VANÍČEK, M. Modern Earth Structures for Transport Engineering. Engineering and Sustainability Aspects.
• BOND, A, Eurocode 7: Half-Term Report. (Invited Lecture), 41st Conf. Foundation Engineering.
• VLÁDNÍ USNESENÍ Č. 82 Koncept zavádění metody BIM v ČR.
• POSPÍŠIL, Jan. Opěrné zdi. Brno, 2013. 55 s., 2 s. příl. Bakalářská práce. technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav geotechniky.
• Masopust, J.: Speciální zakládání staveb - 2. díl, Akademické nakladatelství CERM, s.r.o.

tags: #ekologická #opěrná #zeď #princip

Oblíbené příspěvky:

• Fair trade trička
• Zemědělská krajina a ptáci
• Kompetence v odpadovém hospodářství
• Bezpečné odstranění amalgámových plomb
• Ochrana přírody v globálním kontextu