Informace o projektu

Horninové (zemní) kotvy patří mezi prvky speciálního zakládání staveb pro přenos tahových sil ze stavební konstrukce do horninového prostředí či prvky stabilizující samotné horninové prostředí. Jejich uplatnění je velmi rozmanité – podporující prvek pažících konstrukcí stavebních jam či portálových částí tunelových staveb, stabilizace zemních svahů a skalních stěn, zajištění konstrukcí proti překlopení či proti vztlaku.

Zemní a horninové kotvy jsou tedy často využívaným stabilizačním prvkem. Při navrhování kotev je potřeba především zohlednit interakci mezi kořenem kotvy a okolním prostředím. K dispozici jsou standardní návrhové přístupy, kterých však existuje celá řada. Není přesně stanoveno, které přístupy jsou nejvhodnější, které vstupní parametry jsou pro posouzení a návrh optimální. Stanovení kořenové únosnosti kotev je tedy velmi variabilní v závislosti na zvolené metodě.

Každý geotechnik se drží při navrhování kotev svého nejlepšího vědomí a svědomí. Proto je třeba vnést do této problematiky systém.

Historie

"Realizace prvních horninových kotev byla v třicátých letech minulého století v Alžíru (přehradní zeď Oued Fergoud a Cheurfas). Rozvoj kotevního systému spojený s výzkumem začíná na přelomu padesátých a šedesátých let minulého století v Německu. V České republice přehledné zpracování údajů o kotvení podává publikace „Kotvení do hornin“ (Hobst, Zajíc, 1975) anebo vysokoškolská skripta (Masopust, 2004). Na tuto literaturu se pokusí navázat zpracovatelé s cílem upřesnění a doplnění nových informací z této oblasti." Z oblasti horninových kotev se projekt zaměřuje na tyto oblasti:

Návrhy kotev

Zemní kotvy

Zemní kotvy se navrhují se v místech, kde je třeba zajistit zlepšení a spolupůsobení zeminy se stavební konstrukcí. Lanové kotvy jsou ve stavební praxi často používané. Je třeba ověřit efektivitu návrhu na základě zeminy, do které budou instalovány, návrhových parametrů kotvy a technické dostupnosti realizace tak, aby následné pořizovací ceny nebyly přemrštěné.

Návrh – významnou části kotvy je kořenová část. Při návrhu kořene je potřeba zohlednit interakci mezi kořenem kotvy a okolní zeminou. Nejdůležitější je stanovení plášťového tření (tabulkově či výpočtem). Stanovení kořenové únosnosti kotev je tedy velmi variabilní podle zvolené doporučené hodnoty pro plášťové tření, proto se projekt zaobírá zpřesněním vstupních parametrů. Pro zpřesnění se bude jednak vycházet z vyhodnocování kontrolních zkoušek při napínání kotev a jednak z parametrických studií metodou konečných prvků. Zpřesnění vstupních parametrů pro návrh kotev je prováděno na základě statistického zpracování souboru dat z měření. Aplikace numerického modelování dovoluje zahrnutí, prozkoumání a kvantifikaci různých aspektů ovlivňujících kořenovou únosnost: vliv vysokotlaké injektáže, vliv progresivního porušování, vliv creepu a dalších. Vytvořené matematické modely budou verifikovány s in-situ provedenými zkouškami kotev až do porušení. V rámci projektu je plánováno zkušební pole. Cílem projektu je zhodnotit aplikovatelnost metody konečných prvků pro návrh kotev a kotevních systémů.

Kotvy s děleným kořenem:

Z přehledu současného poznání ve světě, bude experimentální část zaměřena i na tzv. kotvy s děleným kořenem (Single Bore Multiple Anchor - SBMA). Tento typ kotev by mohl být v budoucnosti využíván např. při stabilizaci oblastí náchylných k sesouvání, vzhledem k přenesení větší síly v jedné kotvě SBMA než je tomu u klasické kotvy s jedním kořenem. Tato problematika souvisí s přerozdělováním napětí na plášti kořene – progresivní porušování.

Horninové kotvy

Horninové kotvy se navrhují ve skalních masivech, které jsou porušeny, a je třeba zajistit jejich stabilitu. Je nutné se věnovat kvalitě horninového prostředí, míře zvětrání a rozpukání. Dalším kritériem pro návrh je i technická dostupnost realizace, tak aby stabilizace horninového masivu byla efektivní a ceny optimální.

Návrh – "Předpínaný ocelový prvek (táhlo) musí být schopen bezpečně přenést zatížení do kotevní oblasti bez možnosti jeho porušení ("Sabatini et al., 1999)."

Základním předpokladem návrhu horninové kotvy je správná volba druhu kotevního prvku a materiálu pro injektáž na základě řešené lokality a horninového prostředí.Filozofie posuzování únosnosti zemních kotev vychází z plášťového tření, kterým je nejvhodnější se řídit. Návrh a posouzení horninových svorníků vychází z délky a průměru zvoleného prvku, dále z injektážního materiálu a druhu horninového prostředí. Hodnoty plášťového tření a parametry návrhu zemních a horninových kotev budou určeny a ověřeny na základě měření in-situ.

Předpokladem správnosti tohoto řešení bude vytvoření základny dat. Budou realizovány zkušební zemní a horninové kotvy, na kterých se provedou deformační zkoušky in-situ s vyhodnocením naměřených veličin. Pro instalaci zemních kotev je zvolena jedna lokalita, a to v prostorách arboreta Mendelovy univerzity v Brně, kde se nachází jílovité prostředí. Horninové kotvy budou instalovány v lokalitách, dle určených horninových typů tak, aby byl získán objektivní soubor dat. Budou obsaženy nejběžnější horninové typy a to psamity, opuky, jílovce, břidlice, prachovce, vápence, hlubinné vyvřeliny, pevné vulkanity a metamorfity.

Monitoring

Jednotlivé kotevní prvky budou měřeny tahovými zkouškami pomocí hydraulické soustavy Enerpac 600 s válcem RDH 603. Doposud používaný způsob zatěžování svorníků při zkoušce ne zcela odpovídá požadavku na zatížení svorníku na celou délku a je zatěžována hlavně soudržnost oceli a zálivky. Proto bude vytvořena speciální roznášecí stolice pro umístění hydraulické soustavy. Dále budou pro monitoring použity převážně extenzometry pro dlouhodobé měření deformací v kotvících prvcích. V některých případech budou instalovány i optovlákna s jejichž pomocí se měří napjatost v libovolném bodě podél táhla.

Součástí projektu je i ověření vhodnosti různých typů snímacích prvků pro měření přetvoření v kotvách. Testování různých čidel je hlavně z důvodu výzkumných. Význam použití optovláken však může mít i v případě sledování chování kotev při stabilizaci svahů, kde snímače po délce kotvy mohou upozornit na změny v horninovém prostředí, které se ještě nemusí projevovat v hlavě kotvy.

Projekt a jeho řešitelé

Hlavní řešitel projektu:

	STRIX Chomutov, a.s. www.strixchomutov.cz

Spoluřešitelé projektu:

	SG-GEOPROJEKT, spol. s r.o. www.geoprojekt.cz
	Vysoké učení technické Brno, ústav Geotechniky geotech.fce.vutbr.cz

Experimentální polygon

V rámci řešení projektu byl realizován rozsáhlý experimentální program horninových kotev in-situ. V letech 2013 a 2014 bylo ve dvou etapách zhotoveno a odzkoušeno celkem 7 horninových kotev – 6 kotev bylo se standardním uspořádáním, jedna kotva byla typu SBMA (Single Bore Multiple Anchor). Přehled základních vlastností zhotovených kotev je uveden v tab. 1.

Tab. 1 Parametry zkoušených kotev

ID		Počet lán ⌀15,7/1860	Typ	Manipulační délka [m]	Volná délka [m]	Kořenová délka [m]	Celková délka [m]
Etapa I	I-A1	6	Standardní	2,0	5,0	6,0	13,0
	I-A2	6	Standardní	2,0	5,0	6,0	13,0
	I-B	5	Standardní	2,0	5,0	8,0	15,0
Etapa II	II-B	5	Standardní	2,0	5,0	8,0	15,0
	II-C1	7	Standardní	2,0	5,0	10,0	17,0
	II-C2*	7	Standardní	2,0	5,0	10,0	17,0
	III		SBMA	2,0		2x3,0

Všechny kotvy se nacházely v geologickém prostředí tvořeném brněnskými neogenními jíly (Jíl s velmi vysokou plasticitou (F8-CV) dle ČSN 73 1001 a dle ČSN EN ISO 14 688 jako Jíl (Cl)).

Všechny kotvy byly zhotoveny jako vertikální. Maloprofilové vrtání bylo provedeno rotační – spirálovou technologií bez pažení s průměrem vrtu d`=`180mm. Průměr vrtání byl zvolen také s ohledem na podrobnou instrumentaci kotev snímači.

Kotvy byly po délce osazeny snímači pro měření přetvoření v na táhle a zálivce. Na ocelové táhlo v celé délce byly osazeny odporové tensometry a v případě jedné kotvy byly odzkoušeny ve spolupráci s firmou INSET s.r.o. i magnetoelastické snímače „DYNAMAG“. V kořenové části kotvy byly dále osazeny strunové tensometry a i námi navržené uchycení odporových tensometrů.

V případě kotvy I-A1 byla provedena dodatečná vysokotlaká globální injektáž (IGU). Všechny ostatní kotvy byly dodatečně injektovány obturátorem přes manžetovou trubku (IRS).

Poprvé v České republice byla realizována SBMA kotva. SBMA (Single Bore Multiple Anchor) kotvy jsou specifickým typem předepjatých horninových kotev, které vznikly jako řešení progresivní poruchy standardních kotev s dlouhou kořenovou délkou (kotevní délkou táhla). Systém SBMA se skládá z dílčích „jednotkových kotev“ vkládaných do společného vrtu. Každá jednotková kotva má svoji vlastní volnou a kořenovou část.