Zásypový materiál flexibilních ocelových konstrukcí

TP 157 „Mostní objekty pozemních komunikací s použitím ocelových trub z vlnitého plechu“ v této souvislosti uvádí: „Pro zásyp jsou přípustné nenamrzavé, hrubozrnné materiály (zeminy skupin GW – štěrk dobře zrněný, SW – písek dobře zrněný) o velikosti zrn, které umožní důkladné zaplnění veškerého prostoru mezi vlnami (zejména v bezprostřední blízkosti konstrukce volit menší zrna).“

V současné době platný americký předpis „AASHTO LRFD Bridge Design Specifications“ povoluje pro zásyp flexibilních ocelových konstrukcí používat v zásypové oblasti za rubem tubusu zeminy tříd SW, SP, GW a GP s podílem jemnozrnných částic do 25 % a indexem plasticity menším než 6 (skupina Sn), resp. tříd GM, SM, ML a GC nebo SC za podmínky, že podíl zrn do velikosti 75 μm je menší než 20 % (skupina Si) a indexem plasticity menším než 10. Použití zemin tříd CL, MH, GC nebo SC s podílem zrn do velikosti 75 μm větším než 20 % je vyloučeno (skupina Cl). Výpočtová tuhost zemin skupiny Si se uvažuje při zjednodušeném posouzení přibližně poloviční oproti zeminám skupiny Sn.

Je velmi obtížné předpovědět skutečné deformace tubusu vlivem zásypových prací. Ze zkušeností vyplývá, že ty závisejí zejména na použité hutnící technice a úhlu vnitřního tření zásypového materiálu. Čím vyšší úhel vnitřního tření zásypu a čím lehčí hutnící prostředky jsou pro hutnění zásypu použity, tím menší jsou deformace tubusu.

Zeminy tříd GW a SW jsou z tohoto pohledu ideální: zhutnitelnost je velmi dobrá – požadovaný počet pojezdů daného hutnícího mechanizmu je při zajištění stejné míry zhutnění podle standardní Proctorovy zkoušky oproti jiným zeminám nižší, úhel vnitřního tření vyšší a deformace tubusu tudíž nižší. Navíc výsledná dosažená tuhost zásypu za rubem tubusu je pak velmi vysoká.

Naopak použití méně kvalitního zásypového materiálu s nižším úhlem vnitřního tření vede k nutnosti většího počtu pojezdů hutnících mechanizmů a větším deformacím. Jelikož deformace přímo určuje velikost vnitřních sil, je potom mnohdy v důsledku méně kvalitního zásypového materiálu nutná větší tloušťka plechu vlastního tubusu. Fáze výstavby, kdy je tubus zasypán právě po vrchol, je mnohdy pro návrh konstrukce rozhodující. Méně kvalitní zásypový materiál navíc může být náchylný k objemovým změnám vlivem změn vlhkosti, což je v případě zásypu za rubem tubusu nepřípustné.

Dalším důvodem, proč je vhodné volit pro zásyp tubusu materiál tříd GW nebo SW, je životnost. Díky vysoké hodnotě zdánlivé rezistivity těchto materiálů v zásypové oblasti tubusu budou korozní úbytky plechu na zásypové straně tubusu velmi malé. Zdánlivá rezistivita štěrku či písku je 100–500 Ωm, u hlíny je to pouze 20–100 Ωm a u jílu dokonce jen 7,5–20 Ωm.

Při měření deformací se obecně uplatňuje pravidlo, že největší přípustné deformace jsou cca 1,5 % příslušných rozměrů (rozpětí, resp. výška). V určitých případech se však v závislosti na statickém posouzení nejvyšší přípustné deformace sníží. Nadvýšení vrcholu tubusu se během hutnění zásypu monitoruje. Použití těžké hutnící techniky je přípustné pouze ve vzdálenosti větší než 1,5 m od stěn tubusu; pokud se deformace blíží k nejvyšším přípustným hodnotám, je třeba omezit pojezd hutnících vozidel v blízkosti tubusu a hutnit lehčími prostředky. V bezprostřední blízkosti tubusu (0,30 m) a také v blízkosti šikmých konců tubusu je přípustná pouze lehká hutnící technika (např. vibrační deska hmotnosti do 100 kg nebo pěch).

Na následujících obrázcích (obr. 1, 2, 3 a 4) jsou pro srovnání uvedeny vypočtené deformace a jim odpovídající vnitřní síly pro profil o rozpětí 12,00 a výšce 9,90 m ve fázích, kdy je zásyp právě v úrovni vrcholu tubusu, resp. kdy je zásyp dokončen (výška nadnásypu 6 m) pro hrubozrnnou zeminu třídy SW, resp. ML (hlína s nízkou plasticitou) se stejnou mírou zhutnění dle standardní Proctorovy zkoušky. Z vypočtených hodnot vyplývá, že by u tohoto profilu při použití zeminy ML došlo ve fázi, kdy je zásyp v úrovni vrcholu tubusu, k trvalé plastizaci vrcholového průřezu a rovněž by došlo k částečné plastizaci „rohového“ průřezu v místě nejmenšího poloměru křivosti a průřezu v horní třetině výšky profilu, což je nepřípustné. Při použití zásypu třídy SW by k plastizaci průřezu vůbec nedošlo, vypočtené hodnoty deformací jsou navíc výrazně nižší. Předpokládána je mez kluzu oceli 235 MPa. Byly uvažovány průřezové charakteristiky odpovídající konstrukci Multi-Plate MP200 o vlně 200 × 55 mm a tloušťce plechu 7 mm, kde 55 mm je výška vlny.

Tento profil je vzhledem k typu vlny a velikosti rozpětí na hranici použitelnosti; pro konstrukci o větším rozpětí by již bylo třeba volit konstrukci Super Cor o vlně 380 × 140 mm s cca 7,5krát vyšší ohybovou tuhostí. Parametry zásypových zemin jsou uvažovány jako fyzikálně nelineární s hyperbolickým pracovním diagramem podle Duncana-Seliga. Statické posouzení flexibilní ocelové konstrukce je provedeno programem CandeCad (autor Mark C. Webb, www.ssismint.com), vyvíjeným od roku 1976. Tento program umožňuje vyšetřovat rovinné, nelineární problémy a při analýze se uvažuje s deformacemi konstrukce v jednotlivých fázích výstavby a s interakcí konstrukce s okolním zásypem. Program je primárně určen pro navrhování přesypaných konstrukcí.

Backfilling material of flexible steel structures
Backfill of flexible steel transfused structures from corrugated iron is an inseparable part of static concurrent system of flexible steel structures - backfill. The characteristics of backfill material predetermine deformation and intensity of internal forces of the tube during backfilling works and after their completion.

Autor

• Ing. Zouhar Jaromír