Některé národní organizace podnikají, nebo již podnikly, kroky k zanesení těchto požadavků do svých předpisů či norem, případně jejich revizí. Článek se zaměřuje na srovnání požadavků evropských přístupů v rámci navrhování netkaných geotextilií pro funkci separace (oddělování). Hodnoceny a srovnávány jsou přístupy, které jsou používány v Německu, Rakousku, ve skandinávských zemích, na Slovensku a v České republice.
Uvedené přístupy jsou poté vzájemně konfrontovány s požadavky, které jsou dnes zaneseny v revizi předpisu státní správy ČR, TP 97 – Geosyntetika v zemním tělese pozemních komunikací z roku 2021, včetně porovnání s předchozím stavem tohoto předpisu vydaného v roce 2008, který byl již ve vztahu k aktuálnímu trendu zastaralý.
Separace pomocí geosyntetik je jednou z nejčastěji používaných aplikací v dopravním stavitelství. Obecně se z geotechnického pohledu jedná o vložení geosyntetika mezi dvě zeminy s rozdílnou granulometrií pro zabránění jejich vzájemného smísení v případě, že by mohlo dojít ke znehodnocení materiálu s následným omezeným plněním jeho funkce v konstrukci. Nejčastěji v případech, kdy jemnozrnná zemina, standardně podloží komunikace nebo násypu, zanáší jemnými částicemi hrubozrnnou sypaninu, typicky konstrukční nebo drenážní vrstvu.
Tímto jevem zhoršuje fyzikální a mechanické vlastnosti této vrstvy, což může v konečném důsledku vést k omezení až pozbytí její funkce v konstrukci. Nejčastěji používaným typem geosyntetika pro funkci separace je geotextilie. Zejména je vhodné použití netkané geotextilie s ohledem na to, že díky své struktuře dokáže zabránit průchodu zrn zeminy a současně je dostatečně a dlouhodobě propustná pro vodu.
Vlastnosti geotextilií důležité pro separaci
U separační funkce je v rámci návrhu geotextilií kladen důraz především na možné poškození geotextilie při její instalaci – výrobek nesmí přestat plnit svou funkci, a to jak v krátkodobém, tak především dlouhodobém horizontu. Z tohoto důvodu jsou prováděny zkoušky založené na simulaci poškození geotextilie. Výsledky těchto zkoušek prováděných v laboratoři jsou pak vstupním údajem pro návrh separačního prvku. Všechny předepsané zkoušky vycházejí z příslušné normy. V případě pozemních komunikací se jedná o normu EN 13249, která určuje vlastnosti geosyntetik používaných pro separaci.
Ty musí být uvedeny na doprovodném dokumentu k výrobku, tj. v prohlášení o vlastnostech. V případě separační funkce se konkrétně jedná o tyto vlastnosti:
- pevnost v tahu a tažnost (EN ISO 10319),
- odolnost proti statickému protržení (CBR) dle EN ISO 12236,
- odolnost proti dynamickému protržení (zkouška padajícím kuželem) dle EN ISO 13433,
- charakteristická velikost otvorů (velikost průliny) dle EN ISO 12956,
- propustnost pro vodu kolmo k rovině výrobku (EN ISO 11058).
Poslední dvě uvedené vlastnosti geotextilií mají vztah k filtrační funkci. Je to z toho důvodu, že separační funkci je vždy nutné posoudit společně s filtrační funkcí.
Představení jednotlivých evropských přístupů
Přesné stanovení vlivu poškození geotextilií není možné, proto jednotlivé země vyvinuly různé postupy, pomocí kterých reprezentují požadavky na vlastnosti geotextilie. V následujícím textu jsou uvedeny přístupy některých evropských zemí platné zejména pro pozemní komunikace, včetně technického předpisu platného v České republice (TP 97 z roku 2008), jehož aktualizace proběhla
v roce 2021.
Česká republika (TP 97, 2008)
Separace je jednou z funkcí, kterou tento předpis pokrývá. Jsou zde uvedeny následující předpoklady pro stanovení vhodné geotextilie – zrnitost a ostrohrannost sypaniny, technologie ukládání a stupeň konzistence podloží. Požadavky jsou uvedeny obecně, pouze stupeň konzistence podloží je specifikován blíže – jako měkké podloží a podloží tuhé až pevné konzistence.
Požadavky na geotextilie jsou rozděleny do dvou skupin podle zmiňované tuhosti podloží a jsou specifikovány pomocí odolnosti proti statickému protržení (CBR), zkoušky odolnosti proti dynamickému protržení (kužel) a tažnosti geotextilie, která určuje typ geotextilie s ohledem na způsob výroby (tkaná/netkaná).
Německo
Pro separační geosyntetika je pro pozemní komunikace v rámci Německa aktuální předpis M Geok E (FGSV, 2016) a TL Geok E-StB (FGSV, 2019). Výběr geotextilie je ovlivněn
- sypaninou, která je charakterizována svým tvarem (ostrohranná/oblá zrna) a velikostí zrn ve 4 třídách,
- namáháním při instalaci rozlišeným do pěti tříd podle hloubky koleje.
Zohledněním těchto faktorů se získají 3 třídy robustnosti geotextilií (GRK) s požadavky na jejich parametry. U netkaných geotextilií jsou specifikovány následující vlastnosti: minimální plošná hmotnost a odolnost proti statickému protržení (CBR).
Skandinávské země (NorGeoSpec 2012, revize 2016)
V předpisu NorGeoSpec jsou nároky na geotextilie rozděleny do 5 specifikačních profilů. Předpokladem pro určení typu geotextilie jsou:
- kvalita zeminy (dvě třídy rozlišené neodvodněnou smykovou pevností),
- vliv mechanizace (dvě třídy podle typu mechanizace, hutnění a výšky krycí vrstvy zeminy),
- intenzita dopravy,
- typ sypaniny (4 třídy podle velikosti zrna).
Vybrané geotextilie jsou specifikovány požadavky na následující vlastnosti: tahová pevnost, tažnost, odolnost proti dynamickému protržení (kužel), index energie, propustnost, velikost průliny.
Slovensko
Separační geotextilie se navrhují podle normy STN 73 3040 (2019). V tomto předpise je, co se týče separační funkce, uveden podobný přístup jako v případě německých předpisů. Požadavky jsou dány pouze pro tři typy tříd robustnosti geotextilií (nejsou uváděny dva nejnižší požadavky, které není možné používat ve stavebnictví), podmínky zůstávají stejné jako v německém předpisu.
Rakousko (RVS 08.15.01, 2010)
Pro stanovení vhodné separační geotextilie je zemina podkladu rozdělena do tří tříd podle kontrolního modulu přetvárnosti z prvního cyklu statické zatěžovací zkoušky, dále je zohledněno dopravní zatížení (pět tříd pro lehce až silně zatížené silnice) a velikost a tvar sypaniny. Z výše uvedeného předpis odvozuje 7 typů geotextilií pro dva různé druhy sypaniny specifikované pomocí pevnosti v tahu a tažnosti, odolnosti proti statickému protržení (CBR), zkoušky dynamickým protržením (kužel) a odolnosti proti proražení jehlanem (EN 14574).
Velká Británie (BS 8661: 2019)
Výběr geotextilie závisí na:
- kvalitě stávající zeminy, která je stanovena pomocí neodvodněné smykové pevnosti (3 třídy),
- podmínkách na stavbě (stanoveny s ohledem na počet pojezdů, typ mechanizace, hutnění a výšky krycí vrstvy zeminy),
- typu sypaniny (4 třídy podle velikosti zrna).
Zohledněním těchto požadavků jsou určeny tři typy specifikačních profilů – geotextilií – definovaných pomocí pevností v tahu, tažností a odolností proti statickému protržení (CBR).
Srovnání rešeršovaných přístupů
Jednotlivé přístupy vycházejí z rozdílných předpokladů a mají různé požadavky na typy vlastností, které by geotextilie měly splňovat. Současně ne všechny hodnoty u výše uvedených přístupů, ať už vstupní, nebo požadované, jsou projektantovi v daném projektovém stupni k dispozici. Problém může vzniknout např. při stanovování hloubky koleje u německého a slovenského přístupu. Co se týče požadovaných hodnot, je vhodné počítat s parametry, které výrobce musí uvádět v doprovodných dokumentech (Prohlášení o vlastnostech). Ty jsou podloženy testy a kontinuálně kontrolovány certifikovanými zkušebnami.
Pro provedení srovnání bylo nutné tyto předpoklady sjednotit. Pro charakteristiku zemin v podloží byla jako vstupní údaj zvolena neodvodněná smyková pevnost, jelikož se vyskytuje v přístupu Velké Británie a Skandinávie. Předpoklady ostatních zemí ohledně kvality zeminy byly na tento parametr převedeny na základě známých empirických vztahů nebo na základě odborného geotechnického odhadu.
Podobně bylo postupováno i u požadavků na geotextilie. Ve všech uvažovaných předpisech, kromě skandinávského, je požadavek na CBR. V případě NorGeoSpec byl pomocí korelace mezi odolností proti statickému a dynamickému protržení proveden přepočet na CBR.
Na grafu na obr. 1 je uvedeno srovnání neodvodněné smykové pevnosti pro sypaninu s velikostí zrna do 63 mm. Největší nároky na odolnost proti protržení u netkané separační geotextilie má rakouský předpis (RVS), dále potom německý GRK. Požadavky českého předpisu se pohybují zhruba uprostřed uvažovaného spektra. Nižší požadavky mají potom předpisy platné v Británii a ve Skandinávii.
Obr. 1 Srovnání požadavků evropských předpisů na odolnost proti statickému protržení (CBR) geotextilie pro sypaninu s velikostí zrna do 63 mm
Graf na obr. 2 reprezentuje stejnou závislost, ale pro kamenivo se zrnem větším než 63 mm. Graf potvrzuje to, co bylo uvedeno u předchozí závislosti. Pouze v případě podloží
s hodnotou neodvodněné smykové pevnosti do 25 kPa má skandinávský předpis mírně vyšší požadavky.
Obr. 2 Srovnání požadavků evropských předpisů na odolnost proti statickému protržení (CBR) geotextilie pro sypaninu s velikostí zrna nad 63 mm
Revize TP 97 (2021)
Ze srovnání vyplynulo, že v revizi předpisu státní správy ČR, TP 97 – Geosyntetika v zemním tělese pozemních komunikací bylo potřeba zejména upřesnit vstupní parametry tak, aby bylo za všech okolností zřejmé, kdy který požadavek použít, aby tak nedocházelo k záměnám geotextilií nevhodných pro dané prostředí. Co se týče nastavení absolutních hodnot odolnosti, ty se ukázaly jako dostatečné. Revidovaný předpis vychází koncepčně zejména z britské normy se zohledněním lokálních zvyklostí a podmínek.
Jako vstupy jsou uvažovány parametry, které má projektant ve fázi návrhu k dispozici, respektive jsou standardně součástí prováděného inženýrsko-geologického průzkumu – neodvodněná smyková pevnost zeminy (tři skupiny) a velikost zrna sypaniny (dvě třídy). Geotextilie je specifikována pouze vlastnostmi povinně deklarovanými v prohlášení o vlastnostech pro funkci separace – pevnost v tahu, odolnost proti statickému protržení (CBR), odolnost proti dynamickému protržení (zkouška padajícím kuželem), podobně jako ve stávající verzi a pro funkci filtrace – propustnost kolmo k rovině a velikost průliny.
Požadavky na netkané geotextilie jsou rozděleny do dvou skupin – S1 a S2 v závislosti na vstupech, kde je pro S1 mimo jiné uvažována hodnota odolnosti proti statickému proražení (CBR) 2 kN a pro S2 potom hodnota 3 kN. Požadavky na filtrační geotextilii jsou rozděleny podle prostředí na tři konkrétně specifikované případy – na filtraci nevýznamnou, významnou a kritickou s hodnotami
min. propustnosti pro vodu kolmo k rovině výrobku 7 l/m2/s, 27 l/m2/s – a individuálně stanovený požadavek daný postupem uvedeným v TP 97.
Ve fázi tvorby předpisu bylo také ověřeno, kolik geotextilií dostupných na trhu je schopno tato kritéria/požadavky splnit, a jestli jsou tedy hodnoty správně nastaveny s ohledem na výrobní možnosti netkaných geotextilií. Bylo uvažováno s kombinací vlastností reprezentujících separaci i filtraci (konkrétně tedy pro zjednodušení vlastnosti CBR a propustnost kolmo k rovině). Tyto funkce jsou vždy posuzovány společně, i když vlastnosti, které je reprezentují, jdou z hlediska požadavků na geotextilii proti sobě (čím větší odolnost proti statickému protržení (CBR), tím menší propustnost výrobku).
V rámci tohoto ověření byla zpracována data cca 150 výrobků patnácti různých výrobních řad od výrobců z celé Evropy. Na grafu na obr. 3 je vidět kombinace požadavků na separační geotextilii S1 (CBR > 2 kN) a významné filtrace (propustnost > 27 l/m2/s). Geotextilie jsou na grafu znázorněny tečkami. Z celkového počtu geotextilií splňuje obě kritéria necelých 40 % výrobků – odkrytá část grafu na obr. 3.
Obr. 3 Kombinace kritérií S1 a prostředí s významnou filtrací dle TP 97 z roku 2021
V případě požadavku na separační geotextilii S2 a významnou filtraci (graf na obr. 4) splňuje obě kritéria pouze 20 % výrobků. V případě, že by požadavek na odolnost proti statickému protržení (CBR) byl vyšší než 3 kN (např. požadavek GRK nebo RVS) dochází k tomu, že by se výběr vyhovující geotextilie zúžil na první jednotky výrobků v rámci celoevropského trhu.
Obr. 4 Kombinace kritérií S2 a prostředí s významnou filtrací dle TP 97 z roku 2021
Závěr
Jak ukazuje výše uvedené srovnání, v Evropě neexistuje jednotný přístup k určení vhodného výrobku pro plnění separační (a filtrační) funkce, a navíc, jak vyplývá z předloženého srovnání, se jednotlivé evropské přístupy poměrně hodně odlišují. Provedením porovnání těchto přístupů, jejich vyhodnocením a podrobnou analýzou byl v České republice publikován v rámci TP 97 nový přístup pro určení vhodné separačně filtrační geotextilie, který zohledňuje konkrétní, a i v nižších stupních dokumentace běžně kvantifikovatelné, podmínky na stavbě. Předpis nevychází pouze z teoretického stanovení požadovaných hodnot, ale byla ověřena i jeho praktická aplikace zahrnující konfrontaci požadavků s konkrétními výrobky.
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.