Ochrana skalných svahov použitím vysokopevnostných sietí

• Foto

Všeobecne môžeme prvky ochrany proti padaniu skál rozdeliť na aktívne a pasívne. Závojový systém zo sietí alebo opláštenie skál sú aktívnou formou ochrany proti padaniu skál. Sú umiestnené v odlučnej časti skalného masívu, to je v mieste degradácie a opadávania blokov. Závojový systém predstavuje sieť, ktorá je kotvená prostredníctvom horného pozdĺžneho lana v korune skalného svahu. Sieť visí voľne na svahu a vlastnou váhou pôsobí na skalu, usmerňuje prípadne spomaľuje pohyb skalných blokov k päte svahu, kde sa tieto akumulujú. Opláštenie skál svojou konštrukciou zabraňuje opadávaniu skalných úlomkov a obmedzuje proces degradácie odlučnej vrstvy pričom ju stabilizuje.

Dynamické bariéry, ochranné zemné valy patria medzi pasívne prvky ochrany. Sú umiestnené ďalej od odlučnej oblasti, a to v zóne impaktu. Svojou konštrukciou zastavia impakt skalného bloku do železničnej trate alebo cestnej komunikácie.

SYSTÉMY OPLÁŠTENIA SKÁL RÔZNYMI PRVKAMI
Najbežnejšie sa na opláštenie skál používajú dvojzákrutové oceľové siete, protierózne geokompozitné rohože vystužené oceľovou sieťou Macmat R, vysokopevnostné siete Steelgrid, a vysokopevnostné lanové panely HEA v kombinácii so svorníkmi – klincami. Tento systém je čoraz viac používaný, nakoľko náklady na údržbu sú v porovnaní so závojovým systémom oveľa menšie. Používa sa v prípadoch, kedy je na danej ploche veľký počet nestabilných blokov alebo je veľkosť nestabilných blokov príliš malá a jednotlivé zachytenie každého bloku prakticky nie je možné. Rozvoľnená vrstva skaly je v súvislej hrúbke a jej hrúbka je zvyčajne menšia ako 1 m (najčastejšie medzi 0,3 až 0,6 m).

Tabuľka 1 – Tabuľka pevnosti sietí (Steelgrid – Galfan) používaných na opláštenie skál; tabuľka neobsahuje údaje pre Steelgrid Galfan + PVC, kde sú pevnosti odlišné.

SKÚŠKY SIETÍ A NÁVRHOVÝ PRÍSTUP PRE OPLÁŠTENIE SKÁL
Cieľom zabezpečenia systémom opláštenia skaly je stabilizovať povrchovú vrstvu skalného svahu. Stabilizáciu dosiahneme inštaláciou oceľových svorníkov – klincov. Stabilitu povrchu masívu medzi klincami zabezpečíme pomocou vhodnej oceľovej siete. Účinnosť siete je daná zaistením materiálu medzi klincami tým, že zamedzí jeho deformácii – vydutiu. „Obklad” alebo opláštenie z oceľovej siete sa správa ako flexibilný štrukturálny obklad a pracuje v súčinnosti s pasívnym pôsobením klincov.

Návrh sietí závisí od pevnosti v ťahu (kN/m) a jej správania sa v teste kolmého pretlačenia (Punch test). Pre test kolmého pretlačenia bolo uskutočnených množstvo laboratórnych testov s rôznymi autormi a inštitúciami. V roku 2012 vydala talianska normalizačná spoločnosť normu UNI 11437, ktorá definuje metodiku skúšky kolmého pretlačenia na vzorkách 3 × 3 m. Jednu z podstatných skúšok realizovala univerzita v Turíne v kooperácii so spoločnosťou Officine Maccaferri, pri ktorej sa analyzovalo správanie rôznych sietí inštalovaných na skale. Padajúci blok bol simulovaný piestom spojeným so štítom priemeru 1,5 m.

Ako bolo už spomenuté vyššie, funkciou oceľovej siete pri opláštení je zadržiavať potenciálne nestabilný priestor medzi klincami a obmedziť jeho deformáciu.

Čím tuhšiu sieť použijeme, tým menšia deformácia nastane. Stabilizáciou povrchovej vrstvy limitujeme proces zvetrávania. Skalný svah je stabilnejší a výsledná deformácia nebráni bezpečnému užívaniu infraštruktúry alebo nehnuteľnosti. Vysokopevnostná sieť Steelgrid, ktorú detailne popíšeme nižšie je sieť mimoriadnej pevnosti a tuhosti (vysoká pevnosť a nízka deformácia) v porovnaní s tradičnou dvojzákrutovou a tkanou drôtenou sieťou akéhokoľvek typu. Predĺženie je v rozmedzí 5 – 7 %. V teste kolmého pretlačenia dosahuje lepšie výsledky, v priemere o 20 – 40 % v porovnaní s tradičnou sieťou (graf 1).

Pre návrh opláštenia skál sú potrebné vstupné dáta ako geometria svahu, geologické a geotechnické podklady, ďalej bezpečnostné faktory, ktoré vyplývajú z morfológie svahu, zvetrania skalného masívu, prítomnosti prídavného zaťaženia, charakteristiky diskontinuít. Pri návrhu opláštenia skál dimenzujeme raster, dĺžku, sklon klincov a typ siete. Dĺžka klincov je vo väčšine prípadoch 2,5 až 4 m a vzdialenosť klincov 2 až 3 m. Dĺžka klincov je vždy väčšia ako hrúbka rozvoľnenej vrstvy. Funkciou oceľovej siete je zadržať priestor horninového masívu medzi klincami stabilný. Použijeme typ siete s ohľadom na konštrukčné a estetické požiadavky.

Zjednodušený návrhový prístup systému opláštenia ponúka spoločnosť Maccaferri v návrhovom softvéri Macro Studio, ktorého výsledkom je rýchly výpočet a pomerne presný výstup. Návrh je založený na niekoľkých hypotézach správania sa sietí preskúmaných na základe výsledkov z testov zaťažení (laboratórnych aj in situ), charakteristík skalného svahu a skúseností.

OCHRANA SKALNÝCH SVAHOV POUŽITÍM VYSOKOPEVNOSTNÝCH SIETÍ STEELGRID
Steelgrid je pletený geokompozit vyrobený z oceľového drôtu a oceľových lán spojených počas pletenia šesťhrannej dvojzákrutovej siete. Základnými komponentmi je teda oceľový drôt pre sieť, priemeru 2,7 mm, ktorý má pevnosť v ťahu 380 – 550 N/mm², povrchovú úpravu Galfan triedy A a oceľové lano priemeru 8 mm, ktoré má nominálnu pevnosť na medzi porušenia 1 770 Nmm^–2, povrchovú úpravu Galfan triedy A, a únosnosť 40,7 kN.

Oceľové laná sú použité ako konvenčné okrajové drôty a taktiež zapletené pozdĺžne do dvojzákrutovej siete priamo pri jej výrobe, tak aby bolo zabezpečené čo najlepšie prepojenie oboch prvkov geokompozitu. V závislosti od typu sú tieto pozdĺžne laná zapletené v sieti v nominálnej vzdialenosti 30, 50 alebo 100 cm, pričom jednotlivé typy dosahujú pevnosť v ťahu od 80 až 177 kN/m, ako uvádza tabuľka.

Výhody použitia systému Steelgrid^® HR System:

• Použitím Steelgrid dosiahneme vyššiu pevnosť a nižšie deformácie. Rozsah pevností sietí (HR 30 – HR 100) ponúka technické a finančné výhody.
• Steelgrid ako geokompozitný materiál vhodne kombinuje mechanické vlastnosti oceľovej siete a lana (obrázok).
• Steelgrid je jednovrstvový geokompozit a preto manipulácia a inštalácia na mieste je jednoduchšia a rýchlejšia.
• Absencia potreby dodatočnej inštalácie vertikálnych výstužných lán (laná sú do geokompozitu vpletené už vo výrobe).
• Povrchová ochrana Galvanizácia Galfanom triedy A alebo Galfan + PVC pre dosiahnutie požadovanej životnosti.
• Overený funkčný systém vrátane spojovacieho materiálu a systémových platní s ohybom v rohoch umožňuje vysokú účinnosť a zabezpečuje vysoký stupeň bezpečnosti.
• Z pohľadu inštalácie je systém rovnako jednoduchý ako opláštenie klasickou sieťou (zavesenie na pozdĺžnom kotevnom lane, umiestnenie rolí bez vertikálneho montážneho presahu a jednoduché spájanie). Systém nevyžaduje rozsiahle zmeny v existujúcich metódach a inštalačných technikách.
• Steelgrid môže byť inštalovaný ako závojový systém alebo ako opláštenie na skalách alebo na zemných svahoch.

Steelgrid^® HR System
Vzhľadom k tomu, že Steelgrid HR^® System bol odskúšaný ako systém a bolo preň vydané aj systémové schválenie, pre dosiahnutie jeho optimálnej účinnosti, je pri inštalácii nevyhnutné používanie systémových komponentov, medzi ktoré zaraďujeme:

1. lanové svorky HR-Grip, ktoré sa používajú na spájanie lán geokompozitu pri hornom a dolnom kotvení a pri presahoch
2. spojky HR-Link pre spojenie susedných panelov geokompozitu
3. kotevné platne HR Plate s ohybmi v rohoch

V oblasti materiálov pre sanácie skalných svahov a ochrany proti padaniu skál prebieha neustály dynamický vývoj a to hlavne z nasledovných dôvodov:

1. uplatnenie sa nových typov materiálov, komponentov a povrchových ochrán prvkov, nových návrhových a výrobných postupoch, s cieľom maximalizácie ich funkčných parametrov a očakávanej životnosti pri zachovaní ekonomickej efektívnosti,
2. implementácie nových postupov skúšania týchto prvkov a ich certifikácie,
3. prispôsobením technického riešenia špecifickým podmienkach lokality, kde sú tieto systémy použité.

Jedným z aktuálnych produktov je Steelgrid^® HR-PVC, pri ktorom sú drôty siete a laná navyše potiahnuté PVC povlakom hrúbky 0,5 mm, pre zabezpečenie požadovanej životnosti. Tento materiál môže byť použitý v extrémne agresívnom prostredí napríklad pri pobreží mora.

Ďalším špecifickým materiálom je Macmat HS, ktorý kombinuje protieróznu rohož a geokompozit Steelgrid. Používa sa na ochranu svahov proti erózii a zároveň na ich stabilizáciu.

HEA Lanový panel
Pre opláštenie skál sa v špecifických prípadoch používa vysokopevnostný lanový panel. HEA lanový panel kombinuje výhody pevnosti lana a špeciálneho spoja Double Knot. Panel je vyrobený z jedného kusu lana, so štvorcovou okatosťou.HEA panel je dostupný v rôznych škálach pevností, ktorá závisí od okatosti panelov a hrúbky použitého lana a to v rozmedzí 91 kN/m až po 193 kN/m (okatosť 300 × 300, priemer lana 10 mm). Najčastejšie sa používajú na stabilizáciu rozvoľnených skalných blokov.

REFERENČNÉ STAVBY A AKTUÁLNE STAVBY V ČESKU
1) Sanácie skál trate Všetaty – Děčín, Kalvárie
Jednou z najväčších stavieb v oblasti rockfall protection z roku 2013 bola sanácia skalných svahov v blízkosti železničnej trati medzi obcami Velké Žernoseky a Libochovany. Hlavným sanačným prvkom pre zaistenie bezpečnosti prevádzky na železnici sú dynamické bariéry schopné zachytiť pád skalných blokov s kinetickou energiou 1 000 až 5 000 kJ. Časti skalného svahu, a to hlavne strmé svahy, ktoré sú najbližšie k železničnej trate sú stabilizované oceľovými vysokopevnostnými sieťami.

Jedná sa o skalné steny pod líniou dynamických bariér. Výška zaistenia sieťami je cca 9 m. Na stabilizáciu bol použitý materiál Steelgrid^® HR 100. Kotvenie siete je v rozpone cca 2 × 2 m. Nakoľko je stavba umiestnená vo svahoch prírodnej rezervácie Kalvárie, koncepcia sanácie rešpektuje a minimalizuje svoj vplyv na životné prostredie.

Na stavbe boli inštalované dynamické bariéry typu RMC. Inštalácia bola zaujímavá predovšetkým technickým riešením, svojím rozsahom a prístupom k inštalácii, keď zhotoviteľ z dôvodu zložitého prístupu terénu a potrebe rýchlosti napredovania prác inštaloval záchytné polia bariér za pomoci vrtulníka.

2) Stabilizácia skalných štruktúr v úseku Křižanov – Sklené nad Oslavou, Jívoví (2. kolej)
Na železničnej trati Brno – Havlíčkův Brod v úseku Křižanov – Sklené nad Oslavou, Jívoví bola pred niekoľkými mesiacmi vo výstavbe stabilizácia skalného zárezu. Predmetom riešenia bolo spoľahlivé zaistenie stability a ochrana zárezového svahu priľahlého ku koľaji č. 2. Maximálna výška svahov je 15 m so sklonom od 50 ° do 90 °. Spodnú etáž strmých sklonov do 90 ° tvorí pevná skalná hornina, horná etáž v miernejších sklonoch okolo 30 – 40 ° je tvorená silno zvetraným až rozloženým masívom a suťou. Skalné bralá a previsy boli v určených plochách zaistené plošným prekrytím vysokopevnostnou sieťou Steelgrid^® HR 100, ktorá bola kotvená tyčovými kotvami dĺžky 2 m v rozpone 3 × 3 m. Podľa morfológie terénu boli tieto systémové kotvy doplnené o nesystémové kotvy dĺžky 1 m. Súčasťou objektu bola aj sanácia jestvujúcich zárubných múrov so záchytnou funkciou.

3) Sanácia skalných zárezov na trati Studenec – Křižanov, Velké Meziříčí – Křižanov
Technické riešenie stavby Velké Meziříčí – Křižanov je koncipované tak, aby boli zásahy do prírodného svahu čo najmenšie, a aby sa zároveň zvýšila bezpečnosť a plynulosť na predmetnej železničnej trati. Sanačné práce boli zahájené očistením skalného masívu a plôch skalných previsov. Následne boli zaistené skalné bloky pomocou kotiev. Skalné svahy boli lokálne zaistené vysokopevnostnými sieťami Steelgrid. Jedná sa o časti zárezu, ktoré sú silne porušené eróziou. Siete sú kotvené do skalného masívu v rastri 3 × 3 m.

4) I/18 Strečno – Dubná Skala – odstránenie havarijného stavu skalných stien a svahov, Slovensko
Súčasťou sanácie skál v úseku medzi Strečnom a Vrútkami nad cestou 1. triedy z roku 2008 bolo očistenie skalných stien, ich prekrytie oceľovými dvouzákrutovými sieťami (Galfan + PVC) fixovanými klincami, budovanie dynamických bariér a záchytných plotov. Sanácia bola realizovaná v zložitých podmienkach a počas prevádzky cesty. Už samotné rozvíjanie sietí na skale bolo na niektorých členitých objektoch problematické (časté previsy). Sieť bola inštalovaná tak, aby čo najviac kopírovala nerovnosti skalných stien. Sieť bola fixovaná oceľovými svorníkmi s roznášacou platňou v celej jej ploche. Nad sanovanými skalnými stupňami boli vybudované záchytné bariéry 500 kJ a 2 000 kJ. Dynamické bariéry boli v tej dobe relatívne novým sanačným prvkom na území SR. Dynamické bariéry boli inštalované v kombinácii s ľahkými záchytnými plotmi.

5) Hřensko, sanácia Lomové steny
Cieľom sanácie skalného masívu je zaistenie bezpečnej cestnej dopravy a pohybu chodcov v päte skalnej steny v Hřensku. Sanácia spočívala v očistení skalnej steny, zaistením potenciálne nestabilných blokov kotevnými trnmi a tyčovými kotvami. Ďalej boli vyčistené dutiny a trhliny v skalnej stene a následné vyplnené striekaným betónom alebo injekčnou hmotou. Súčasťou sanačných opatrení bolo vybudovanie dynamickej bariéry a ľahkého dynamického plotu na hornej hrane skalnej steny. Stredná časť skalného masívu bola prekrytá oceľovými sieťami. Na stavbe sa použila kombinácia aktívnej aj pasívnej ochrany proti padaniu skál.

6) Sanácia skalného svahu na silnici I/20 u obce Krásný Jez
Na lokalite boli vyhotovené sanačné opatrenia spočívajúce v očistení skalnej steny a prekrytím svahov dvojzákrutovou oceľovou sieťou (6 × 8, Galfan + PVC). V miestach, kde nad hornou hranou sieťovania naväzuje svah s výskytom voľných kameňov, bol inštalovaný záchytný plot. V oblasti hornej hrany svahu, t.j v miestach silnejšieho zvetrávania hornín bola použitá protierózna sieť. Sieť bola inštalovaná tak, aby v maximálnej miere kopírovala líce skalnej steny. Hustota klincov v ploche skalnej steny je 1 ks na cca 4 m². Sanačné opatrenia zaisťujú maximálnu ochranu pred negatívnymi účinkami nestabilných častí skalného masívu a dlhodobo stabilizujú líc skalného zárezu.

ZÁVER
Spoločnosť MACCAFERRI prichádza na trh so stále efektívnejšími a dostupnejšími riešeniami v oblasti ochrany proti padaniu skál. Pri vývoji nových produktov a riešení spolupracujeme s nezávislými inštitúciami a univerzitami v Európe a USA. Na základe implementácie najnovších poznatkov z výskumu priamo do výroby a inovácii návrhových metód, dokáže spoločnosť Maccaferri ponúknuť svojím zákazníkom nielen komplexné a ucelené portfólio overených systémových riešení na ochranu proti padaniu skál (či už systémom sieťovania alebo dynamických bariér), ale aj odborný technický servis a podporu pri navrhovaní týchto opatrení, výsledkom čoho je vždy individuálny, bezpečný, ekonomicky a konštrukčne efektívny návrh systému zabezpečenia skál.

Protection of Rock Slopes with High-Strength Meshes
Today, dynamic barriers, hybrid barriers and systems for rock jacketing are the commonly used construction solutions for the protection of line structures – roads and railways against falling rocks. The article describes the commonly used systems for rock jacketing, focusing more on the protection system with highstrength geocomposite meshes Steelgrid® HR, describing basic principles of its operation. The second part presents a summary from the implementation of the said systems.

Autoři

• Mgr. Horňáková Tatiana
• Mgr. Lichý Ľuboš
• Pasecký Vít