Európske prístupy k riešeniu separácie pomocou netkaných geotextílií

Zverejnené 03.07.2024

Niektoré národné organizácie podnikajú, alebo už podnikli kroky k zaneseniu týchto požiadaviek do svojich predpisov či noriem, prípadne ich revízií. Článok sa zameriava na porovnanie požiadaviek európskych prístupov v rámci navrhovania netkaných geotextílií pre funkciu separácie (oddelenia). Hodnotené a porovnávané sú prístupy, ktoré sa používajú v Nemecku, Rakúsku, v škandinávskych krajinách, na Slovensku a v Českej republike

Uvedené prístupy sú následne vzájomne konfrontované s požiadavkami, ktoré sú dnes už obsiahnuté v revízii predpisu štátnej správy ČR, TP 97 – Geosyntetika v zemnom telese pozemných komunikácií z roku 2021, vrátane porovnania s predchádzajúcim stavom tohto predpisu vydaného v roku 2008, ktorý už bol vo vzťahu k aktuálnemu trendu zastaralý.

Separácia pomocou geosyntetík je jednou z najčastejšie používaných aplikácií v dopravnom staviteľstve. Všeobecne sa z geotechnického pohľadu jedná o vloženie geosyntetika medzi dve zeminy s rozdielnou granulometriou na zabránenie ich vzájomnému zmiešaniu v prípade, že by mohlo dôjsť k znehodnoteniu materiálu s následným obmedzeným plnením jeho funkcie v konštrukcii. Najčastejšie v prípadoch, keď jemnozrnné zeminy, štandardne podložie komunikácie alebo násypu, zanášajú jemnými časticami hrubozrnnú sypaninu, typicky konštrukčnú alebo drenážnu vrstvu.

Týmto javom zhoršuje fyzikálne a mechanické vlastnosti tejto vrstvy, čo môže v konečnom dôsledku viesť k obmedzeniu až úplnému zániku jej funkcie v konštrukcii. Najčastejšie používaným typom geosyntetika pre funkciu separácie je geotextília. Osobitne je vhodné použitie netkanej geotextílie s ohľadom na to, že vďaka svojej štruktúre dokáže zabrániť priechodu zŕn zeminy a súčasne je dostatočne a dlhodobo priepustná pre vodu.

Vlastnosti geotextílií dôležité pre separáciu

Pri separačnej funkcii je v rámci návrhu geotextílií kladený dôraz predovšetkým na možné poškodenie geotextílie pri jej inštalácii – výrobok nesmie prestať plniť svoju funkciu, a to ako v krátkodobom, tak predovšetkým dlhodobom horizonte. Z tohto dôvodu sú vykonávané skúšky založené na simulácii poškodenia geotextílie. Výsledky týchto skúšok vykonávaných v laboratóriu sú následne vstupným údajom pre návrh separačného prvku. Všetky predpísané skúšky vychádzajú z príslušnej normy. V prípade pozemných komunikácií ide o normu EN 13249, ktorá určuje vlastnosti geosyntetík používaných pre separáciu.

Tieto musia byť uvedené v sprievodnom dokumente k výrobku, t.j. v prehlásení o vlastnostiach. V prípade separačnej funkcie sa konkrétne jedná o tieto vlastnosti:

• pevnosť v ťahu a ťažnosť (EN ISO 10319),
• odolnosť proti pretrhnutiu (CBR) dle EN ISO 12236,
• odolnosť proti dynamickému pretrhnutiu (skúška padajúcim kužeľom) podľa EN ISO 13433,
• charakteristická veľkosť otvorov podľa EN ISO 12956,
• priepustnosť pre vodu kolmo k rovine výrobku (EN ISO 11058).

Posledné dve uvedené vlastnosti geotextílií majú vzťah k filtračnej funkcii. Je to z dôvodu, že separačnú funkciu je vždy potrebné posudzovať spoločne s filtračnou funkciou.

Predstavenie jednotlivých európskych prístupov

Presné stanovenie vplyvu poškodenia geotextílií nie je možné, preto jednotlivé krajiny vyvinuli rôzne postupy, pomocou ktorých reprezentujú požiadavky na vlastnosti geotextílie. V nasledujúcom texte sú uvedené prístupy niektorých európskych krajín platné predovšetkým pre pozemné komunikácie, vrátane technického predpisu platného v Českej republike (TP 97 z roku 2008), ktorého aktualizácia prebehla v roku 2021.

Slovensko

Separačné geotextílie sa navrhujú podľa normy STN 73 3040 (2019). V tomto predpise je, čo sa týka separačnej funkcie, uvedený podobný prístup ako v prípade nemeckých predpisov. Požiadavky sú stanovené iba pre tri typy tried robustnosti geotextílií (nie sú uvedené dve najnižšie požiadavky, ktoré nie je možné používať v stavebníctve), podmienky zostávajú rovnaké ako v nemeckých predpisoch.

Česká republika (TP 97, 2008)

Separácia je jednou z funkcií, ktorú tento predpis pokrýva. Sú tu uvedené nasledujúce predpoklady pre stanovenie vhodnej geotextílie – zrnitosť a ostrohrannosť sypaniny, technológia ukladania a stupeň konzistencie podložia. Požiadavky sú uvedené všeobecne, iba stupeň konzistencie podložia je špecifikovaný podrobnejšie – ako mäkké podložie a podložie tuhej až pevnej konzistencie.

Požiadavky na geotextílie sú rozdelené do dvoch skupín podľa spomínanej tuhosti podložia a sú špecifikované pomocou odolnosti proti statickému pretrhnutiu (CBR), skúšky odolnosti proti dynamickému pretrhnutiu (kužeľ) a ťažnosti geotextílie, ktorá určuje typ geotextílie s ohľadom na spôsob výroby (tkaná/netkaná)

Nemecko

Pre separačné geosyntetiká je pre pozemné komunikácie v rámci Nemecka aktuálny predpis M Geok E (FGSV, 2016) a TL Geok E-StB (FGSV, 2019). Výber geotextílie je ovplyvnený

• sypaninou, ktorá je charakterizovaná svojím tvarom (ostrohranné/oblé zrná) a veľkosťou zŕn v 4 triedach,
• namáhaním pri inštalácii rozdeleným do piatich tried podľa hĺbky koľaje.

Zohľadnením týchto faktorov sa získajú 3 triedy robustnosti geotextílií (GRK) s požiadavkami na ich parametre. U netkaných geotextílií sú špecifikované nasledujúce vlastnosti: minimálna plošná hmotnosť a odolnosť proti statickému pretrhnutiu (CBR).

Škandinávské krajiny (NorGeoSpec 2012, revízia 2016)

V predpise NorGeoSpec sú nároky na geotextílie rozdelené do 5 špecifikačných profilov. Predpokladom pre určenie typu geotextílie sú:

• kvalita zeminy (dve triedy rozlíšené neodvodnenou šmykovou pevnosťou),
• vplyv mechanizácie (dve triedy podľa typu mechanizácie, hutnenia a výšky krycej vrstvy zeminy),
• intenzita dopravy,
• typ sypaniny (4 triedy podľa veľkosti zrna).

Vybrané geotextílie sú špecifikované požiadavkami na nasledujúce vlastnosti: pevnosť v ťahu a ťažnosť, odolnosť proti dynamickému pretrhnutiu (skúška padajúcim kužeľom), index energie, priepustnosť, charakteristická veľkosť otvorov.

Rakúsko (RVS 08.15.01, 2010)

Pre stanovenie vhodnej separačnej geotextílie je zemina podložia rozdelená do troch tried podľa kontrolného modulu deformácie z prvého cyklu statickej zaťažovacej skúšky, ďalej je zohľadnené dopravné zaťaženie (päť tried pre ľahko až silne zaťažené komunikácie) a veľkosť a tvar sypaniny. Z vyššie uvedeného predpis odvodzuje 7 typov geotextílií pre dva rôzne druhy sypaniny špecifikované pomocou pevnosti v ťahu a ťažnosti, odolnosti proti statickému pretrhnutiu (CBR), odolnosti proti dynamickému pretrhnutiu (skúška padajúcim kužeľom) a odolnosti proti prerazeniu ihlanom (EN 14574)

Veľká Británia (BS 8661: 2019)

Výber geotextílie závisí od:

• kvality existujúcej zeminy, ktorá je stanovená pomocou neodvodnenej šmykovej pevnosti (3 triedy),
• podmienok na stavbe (stanovené s ohľadom na počet prejazdov, typ mechanizácie, hutnenie a výšku krycej vrstvy zeminy),
• typu sypaniny (4 triedy podľa veľkosti zrna).

Zohľadnením týchto požiadaviek sú určené tri typy špecifikačných profilov – geotextílií – definovaných pomocou pevnosti v ťahu, ťažnosti a odolnosti proti statickému pretrhnutiu (CBR).

Porovnanie rešeršovaných prístupov

Jednotlivé prístupy vychádzajú z rozdielnych predpokladov a majú rôzne požiadavky na typy vlastností, ktoré by geotextílie mali spĺňať. Zároveň nie všetky hodnoty u vyššie uvedených prístupov, či už vstupné, alebo požadované, sú projektantovi v danom projektovom stupni k dispozícii. Problém môže vzniknúť napríklad pri stanovovaní hĺbky koľaje u nemeckého a slovenského prístupu. Čo sa týka požadovaných hodnôt, je vhodné počítať s parametrami, ktoré výrobca musí uvádzať v sprievodných dokumentoch (Vyhlásenie o parametroch). Tie sú podložené testami a kontinuálne kontrolované certifikovanými skúšobňami.

Pre vykonanie porovnania bolo potrebné tieto predpoklady zosúladiť. Pre charakteristiku zemín v podloží bola ako vstupný údaj zvolená neodvodnená šmyková pevnosť, keďže sa vyskytuje v prístupe Veľkej Británie a Škandinávie. Predpoklady ostatných krajín ohľadom kvality zeminy boli na tento parameter prevedené na základe známych empirických vzťahov alebo na základe odborného geotechnického odhadu.

Podobne bolo postupované aj u požiadaviek na geotextílie. Vo všetkých uvažovaných predpisoch, okrem škandinávského, je požiadavka na CBR. V prípade NorGeoSpec bol pomocou korelácie medzi odolnosťou proti statickému a dynamickému pretrhnutiu vykonaný prepočet na CBR

Na grafe na obr. 1 je uvedené porovnanie neodvodnenej šmykovej pevnosti pre sypaninu s veľkosťou zrna do 63 mm. Najväčšie nároky na odolnosť proti pretrhnutiu u netkanej separačnej geotextílie má rakúsky predpis (RVS), ďalej potom nemecký GRK. Požiadavky českého predpisu sa pohybujú zhruba v strede uvažovaného spektra. Nižšie požiadavky majú predpisy platné v Británii a Škandinávii.

Obr. 1 Porovnanie požiadaviek európskych predpisov na odolnosť proti statickému pretrhnutiu (CBR) geotextílií pre sypaninu so zrnitosťou do 63 mm 

Na grafe na obr. 2 je uvedené porovnanie požiadaviek európskych predpisov na odolnosť proti statickému pretrhnutiu (CBR) geotextílie pre sypaninu s veľkosťou zrna väčšou ako 63 mm. Graf potvrdzuje to, čo bolo uvedené pri predchádzajúcej závislosti. Iba v prípade podložia s hodnotou neodvodnenej šmykovej pevnosti do 25 kPa má škandinávsky predpis mierne vyššie požiadavky.

Obr. 2 Porovnanie požiadaviek európskych predpisov na statickú odolnosť proti pretrhnutiu (CBR) geotextílií pre sypaninu s veľkosťou zrna nad 63 mm 

Revizia TP 97 (2021)

Z porovnania vyplynulo, že v revízii predpisu štátnej správy ČR, TP 97 – Geosyntetika v zemnom telese pozemných komunikácií, bolo potrebné najmä upresniť vstupné parametre tak, aby bolo za všetkých okolností zrejmé, kedy ktorú požiadavku použiť, aby nedochádzalo k zámene geotextílií nevhodných pre dané prostredie. Čo sa týka nastavenia absolútnych hodnôt odolnosti, tie sa ukázali ako dostatočné. Revidovaný predpis vychádza koncepčne najmä z britskej normy so zohľadnením lokálnych zvyklostí a podmienok.

Ako vstupy sú uvažované parametre, ktoré má projektant vo fáze návrhu k dispozícii, respektíve sú štandardne súčasťou vykonávaného inžiniersko-geologického prieskumu – neodvodnená šmyková pevnosť zeminy (tri skupiny) a veľkosť zrna sypaniny (dve triedy). Geotextília je špecifikovaná iba vlastnosťami povinne deklarovanými vo vyhlásení o parametroch pre funkciu separácie – pevnosť v ťahu, odolnosť proti statickému pretrhnutiu (CBR), odolnosť proti dynamickému pretrhnutiu (skúška padajúcim kužeľom), podobne ako v jestvujúcej verzii, a pre funkciu filtrácie – priepustnosť kolmo k rovine a charakteristickú veľkosť otvorov

Požiadavky na netkané geotextílie sú rozdelené do dvoch skupín – S1 a S2 v závislosti na vstupoch, kde je pre S1 okrem iného uvažovaná hodnota odolnosti proti statickému pretrhnutiu (CBR) 2 kN a pre S2 potom hodnota 3 kN. Požiadavky na filtračnú geotextíliu sú rozdelené podľa prostredia na tri konkrétne špecifikované prípady – na filtráciu nevýznamnú, významnú a kritickú s hodnotami minimálnej priepustnosti pre vodu kolmo k rovine výrobku 7 l/m2/s, 27 l/m2/s – a individuálne stanovená požiadavka daná postupom uvedeným v TP 97.

Vo fáze tvorby predpisu bolo tiež overené, koľko geotextílií dostupných na trhu je schopných tieto kritériá/požiadavky splniť, a či sú teda hodnoty správne nastavené s ohľadom na výrobné možnosti netkaných geotextílií. Bola uvažovaná kombinácia vlastností reprezentujúcich separáciu aj filtráciu (konkrétne teda pre zjednodušenie vlastnosti CBR a priepustnosť kolmo k rovine). Tieto funkcie sú vždy posudzované spoločne, aj keď vlastnosti, ktoré ich reprezentujú, idú z hľadiska požiadaviek na geotextíliu proti sebe (čím väčšia odolnosť proti statickému pretrhnutiu (CBR), tým menšia priepustnosť výrobku).

V rámci tohto overenia boli spracované dáta cca 150 výrobkov pätnástich rôznych výrobných radov od výrobcov z celej Európy. Na grafe na obr. 3 je vidieť kombináciu požiadaviek na separačnú geotextíliu S1 (CBR > 2 kN) a významnú filtráciu (priepustnosť > 27 l/m2/s). Geotextílie sú na grafe znázornené bodkami. Z celkového počtu geotextílií spĺňa obe kritériá necelých 40 % výrobkov – odkrytá časť grafu na obr. 3.

Obr. 3 Kombinácia kritérií S1 a prostredia s významnou filtráciou podľa TP 97 z roku 2021

V prípade požiadavky na separačnú geotextíliu S2 a významnú filtráciu (graf na obr. 4) spĺňa obe kritériá iba 20 % výrobkov. V prípade, že by požiadavka na odolnosť proti statickému pretrhnutiu (CBR) bola vyššia ako 3 kN (napr. požiadavka GRK alebo RVS) dochádza k tomu, že by sa výber vyhovujúcej geotextílie zúžil na prvé jednotky výrobkov v rámci celoeurópskeho trhu.

Obr. 4 Kombinácia kritérií S2 a prostredia s významnou filtráciou podľa TP 97 z roku 2021

 

Záver

Ako ukazuje vyššie uvedené porovnanie, v Európe neexistuje jednotný prístup k určeniu vhodného výrobku pre plnenie separačnej (a filtračnej) funkcie, a navyše, ako vyplýva z predloženého porovnania, sa jednotlivé európske prístupy pomerne významne odlišujú. Vykonaním porovnania týchto prístupov, ich vyhodnotením a podrobnou analýzou bol v Českej republike publikovaný v rámci TP 97 nový prístup pre určenie vhodnej separačne filtračnej geotextílie, ktorý zohľadňuje konkrétne, a aj v nižších stupňoch dokumentácie bežne kvantifikovateľné, podmienky na stavbe. Predpis nevychádza iba z teoretického stanovenia požadovaných hodnôt, ale bola overená aj jeho praktická aplikácia zahŕňajúca konfrontáciu požiadaviek s konkrétnymi výrobkami.

---

Approaches of different European countries for choosing nonwoven separation geotextile

Over time, experience with the separation function is gradually being gained and, as a result, national regulations relating to this function are being updated. In this article, some of the European approaches are compared and contrasted with updated Czech TP 97 regulation that was issued in 2021.