V současné době jsou ve Slovenské republice k dispozici dvě normy pro navrhování geotechnických konstrukcí s použitím geosyntetik:
- STN 73 3040 Geosyntetika. Základné ustanovenia a technické požiadavky,
- STN 73 3041 Horninové konštrukcie vystužené geosyntetikou. Technické požiadavky.
STN 73 3040 přináší více informací a pokrývá širší spektrum problematiky navrhování geosyntetických konstrukcí. STN 73 3041 se zabývá převážně funkcí výztuže a v podstatě kopíruje zkušenosti a požadavky v souladu s britskými normami.
V tomto článku se budeme zabývat pouze první z těchto norem, STN 73 3040. V žádném případě však tímto způsobem nechceme autorům normy nebo technické komisi ubírat zásluhy, protože tvorbu norem vždy provází obrovská míra kompromisů a ústupků, což ne vždy prospívá kvalitě předpisu nebo normy.
Chceme pouze upozornit na některá úskalí, s nimiž se uživatel (projektant) normy setkává, a zároveň předložit alespoň rámcový návrh na změnu současného stavu. Cílem článku je poukázat na nedostatky předmětné normy, zejména na definování nadbytečných požadavků na geosyntetika z hlediska jejich funkcí, což vede i k nadbytečně specifikovanému výrobku v projektové dokumentaci. Podle názoru autorů tohoto článku je třeba v normě jasněji definovat požadavky na použití s několika definujícími parametry, které jsou pro danou funkci technicky odůvodněné, a co nejvíce omezit parametry, které jsou pouze doplňkové a popisné. To však STN 73 3040 nečiní, její požadavky na geosyntetika jsou v celém textu "nadefinovány" bez jakéhokoli technického zdůvodnění ve vztahu k použití a funkci, kterou má geosyntetika v konstrukci plnit. Tento stav pak prakticky znemožňuje projektantovi provést adekvátní kvalifikovaný návrh geosyntetiky, protože návrh je svázán nutností definovat technicky nesmyslné požadavky.
Projektant musí být schopen definovat požadavky na geosyntetické materiály v projektové dokumentaci bez odkazu na jejich konkrétního výrobce nebo dodavatele, což je v současné době podle normy prakticky nemožné, protože podle jejího odstavce 5.2.38 "Výrobce nebo dodavatel geosyntetického výrobku musí mít každou deklarovanou hodnotu vlastnosti podloženou platným aktuálním protokolem o zkoušce výrobku v souladu s odkazovanou normou. Zpráva se na vyžádání předkládá projektantovi a/nebo specialistovi, který geosyntetický výrobek ve stavební konstrukci navrhl." Bez přímého kontaktu s konkrétním výrobcem a/nebo dodavatelem geosyntetického materiálu tedy projektant v podstatě nemůže v tomto bodě splnit požadavky normy. V této souvislosti upozorňujeme, že se připravuje řada technických předpisů ISO 18228 pro navrhování geosyntetik (některé jsou již publikovány, např. ISO/TR 18228-3:2021 o požadavcích na filtraci), které se touto problematikou zabývají, a bylo by vhodné zde uvedené skutečnosti promítnout do požadavků normativního podkladu.
Obecně platí, že výrobce geosyntetik je povinen zkoušet (nebo nechat zkoušet, podle systému řízení výroby) a deklarovat v prohlášení o parametrech pouze ty vlastnosti, které jsou pro zamýšlené použití (funkci) vyžadovány harmonizovanou technickou specifikací (STN EN 13249 apod.). Ostatní vlastnosti výrobce na evropské úrovni zkoušet ani deklarovat nemusí, nejsou povinné a obvykle se v prohlášení o parametrech ani neuvádějí. STN 73 3040 klade požadavky na vlastnosti nad rámec mezinárodního evropského konsensu, čímž neúměrně zvyšuje nároky na výrobce nebo dodavatele geosyntetik. To představuje problém, protože mimo legislativní rámec lze vlastnosti geosyntetik dokumentovat nanejvýš technickými listy. Množství z nich však může být vytvořeno za běhu s libovolným obsahem nebo s dílčími zkušebními zprávami s nulovou statistickou váhou.
Problematické jsou také odkazy na normy ASTM v předmětné normě, které nejsou v souladu s evropskými harmonizovanými specifikacemi - nejsou obecně použitelné v evropských podmínkách. Výjimkou jsou zkušební metody popsané v příloze B harmonizované technické specifikace (STN EN 13249 atd.).
Blíže se podíváme na nedostatky normy z hlediska jejího členění podle požadavků na jednotlivá zamýšlená použití (funkce) geosyntetik. Norma specifikuje požadavky na separaci, filtraci, odvodnění, vyztužování, stabilizaci, ochranu a protierozní ochranu a izolaci, tj. všechny oficiálně uznávané funkce geosyntetik. Důležité odkazy na tabulky z normy jsou v textu uvedeny v uzavřených závorkách <odkaz na STN 73 3040>.
Požadavky na separaci
Výběr geosyntetik pro separaci určuje norma na základě třídy odolnosti podle konvence z Německa, kde jsou třídy odolnosti označovány jako GRK 1 až GRK 5, v STN 73 3040 jsou označovány jako TRG. Technické požadavky na geotextilie jsou kromě jiných vlastností specifikovány plošnou hmotností, a to bez ohledu na technologii výroby. Základní hmotnost je však pouze orientační ukazatel a historický pozůstatek - není uvedena v deklaraci parametrů, není tedy kontrolovatelná v legislativním rámci, není ani technicky zdůvodnitelná a při volbě jiné než netkané geotextilie představuje z ekonomického a technického hlediska požadavek na likvidaci, který nelze splnit standardními geotextiliemi (tkanými, pletenými).
Schopnost geosyntetiky oddělovat se určují parametry, jako je energetický index určený pevností v tahu a tažností, odolnost proti statickému roztržení (označovaná jako zkouška CBR) nebo odolnost proti dynamickému roztržení (zkouška padajícím kuželem), které by měly být výhradně specifikovány normou.
Pro použití geokompozitů pro odbednění norma stanovuje požadavek na pevnost spoje ve smyku i pevnost geokompozitního spoje v odlupování, přičemž není stanoven žádný konkrétní požadavek, ale je požadován výsledek zkoušky <viz tabulka 6>. To znamená, že neexistuje žádný technický požadavek, a pokud se projektantovi podaří získat hodnotu, nemá ji s čím porovnat a kvalitativně předepsat.
Požadavky na filtraci
Veškeré nehydraulické vlastnosti jsou v rámci požadavků na filtraci nadbytečné. Pokud jsou v tomto případě kladeny požadavky na mechanickou odolnost geotextilie, je správnější je specifikovat u separace a požadovat, aby geotextilie vždy plnila filtrační a separační funkci současně, což je běžná praxe při navrhování geosyntetik s těmito funkcemi.
Požadavky na odvodnění
Požadavky na odvodnění jsou definovány zbytečně mnoha méně podstatnými parametry. Specifikace neodráží, co se s geokompozitem v konstrukci děje a jak je během své životnosti namáhán. Pevnost v tahu je rozhodující zejména pro skládky, na které se tato norma nevztahuje. Výrobce deklaruje v prohlášení o parametrech průtočnou kapacitu při určitém tlaku, spádu a tvrdosti povrchu, tj. tzv. krátkodobou kapacitu. Dlouhodobá kapacita je pak určena tlakovým tečením (plastickým tečením) jádra a dalšími redukčními faktory (zanášení bakteriemi, vodním kamenem atd.), které lze nalézt v literatuře (např. GRI-GC8: Determination of the Allowable Flow Rate of a Drainage Geocomposite). Další parametry, jako je celková krátkodobá pevnost v tlaku, celkové krátkodobé relativní stlačení, celkové plastické tečení v tlaku, záznam časové změny počáteční tloušťky, smyková pevnost spoje a pevnost geokompozitního spoje v odlupování, jsou zohledněny v redukčních součinitelích a v parametrech krátkodobé drenážní kapacity. Samy o sobě jsou tyto parametry nepoužitelné, nelze je najít ve výpisu parametrů a nelze provést žádnou relevantní kontrolu správnosti návrhu.
Požadavky na vyztužování
I v případě požadavků na tuto funkci je většina z nich technicky neodůvodněná a/nebo je záležitostí výroby, a tedy stanovení pomocí výkazu parametrů. Tím je zajištěno, že u konstrukcí s životností delší než 5 let jsou předem splněny požadavky, např. molekulová hmotnost u polyesteru atd.
Pro vyztužení je důležitá dlouhodobá pevnost geosyntetiky, která se vypočítá na základě krátkodobé pevnosti geosyntetiky a redukčních faktorů podle normy ISO/TR 20432. Pro stabilizaci jsou důležité zejména následující parametry, jako je účinnost vazby a torzní tuhost.
Požadavky na stabilizování
Ke stabilizaci vrstev sypkých zrnitých materiálů podle STN 73 3040 se smí používat pouze geomříže certifikované podle technické zprávy EOTA č. 41, která je na úrovni EN 13249 až EN 13256 <odstavec 5.2.13>. Kromě toho se podle normy ke stabilizaci podkladních vrstev používají neroztažitelné šestihranné geomříže se stabilizační funkcí <odstavec 5.2.15>, což vede k jednomu výrobci a jednomu konkrétnímu výrobku. Ke stabilizaci podkladních vrstev však lze s různou účinností použít i jiné geosyntetické materiály.
Požadavky na ochranu
Schopnost geotextilie chránit určité konstrukce (např. geomembrány) je omezena do okamžiku, kdy je geotextilie poškozena a/nebo je sypký materiál nadměrně protlačován konstrukcí. V běžné praxi se proto ochrana nejčastěji jednoznačně charakterizuje odolností proti statickému roztržení, průměrem otvoru proraženého kuželem, odolností proti pyramidálnímu průrazu a účinností ochrany.
Požadavky na protierozní ochranu
Z těchto mnoha parametrů jsou v praxi technicky zdůvodnitelné pouze pevnost v tahu a trvanlivost. Ostatní parametry jsou záležitostí výroby. U nezakrytých geosyntetik používaných pro protierozní ochranu bude rozhodující jejich vystavení UV záření. Většina těchto produktů je navíc biologicky odbouratelná, takže jejich rozklad je a priori očekáván.
Požadavky na izolaci
Plošná hmotnost je pro tuto jedinou funkci (pouze u jílových bariér) skutečně opodstatněná. Stačilo by ji však definovat pouze vhodně zvolenými dvěma ze tří výše uvedených hodnot. Jedinou další rozhodující vlastností je průtok (propustnost vody).
Základní společné požadavky na odolnost
Jedná se o společné požadavky na trvanlivost pro všechna geosyntetika a pro geosyntetika vyrobená z polyesteru nebo s jeho obsahem <tabulky 20 a 21>. Odolnost proti poškození je důležitá pouze pro výztuž. Jak u oddělení, tak u ochrany je poškození a priori vyloučeno konstrukcí. Pro ochranu proti korozi je to také zbytečný požadavek.
Odolnost proti UV záření je automaticky zohledněna v průvodním dokumentu (prohlášení o parametrech) větou "Musí být zakryto do (doba) po uložení", kterou uvádí výrobce podle zkoušky EN 12224. Požadovat konkrétní hodnoty znamená suplovat práci výrobců geosyntetik. Oxidace a odolnost proti vnitřní hydrolýze jsou automaticky splněny u výrobků s životností 25 let nebo delší, protože jsou zkoušeny podle přílohy B.4.2 harmonizované technické specifikace, podle které musí být v informacích o výrobku uvedeno: "Trvanlivost (udávající životnost) v přírodních půdách s pH ≤ 4 ≤ pH ≤ 9 a při teplotách půdy ≤ 25 °C se předpokládá na základě výsledků zkušební metody (odkaz na příslušný oddíl a zkušební období z B.4.2).". STN 73 3040 uvádí jako mezní dobu životnosti 10 let.
PCM, tj. materiál po spotřebě, který se zásadně liší od původního primárního polymeru a který již nelze použít k určenému účelu, a PIM, tj. materiál odkloněný z toku odpadů během výrobního procesu, který má jiné vlastnosti než původní primární polymer, jsou podle přílohy B povoleny pouze po dobu životnosti kratší než 5 let. Pro jakoukoli vyšší životnost (konkrétně 25, 50 a 100 let) je geosyntetika nesmí obsahovat. Pětiletý (nikoli desetiletý) limit tedy řeší i tuto otázku s odkazem na přílohu B harmonizované technické specifikace, kde se touto otázkou již zabývala Evropská komise. Je proto nejen zbytečné, ale i kontraproduktivní zavádět nový limit životnosti (10 let) a vyžadovat výsledky všech zkoušek, které jsou součástí prohlášení o parametrech, aby bylo vůbec možné výrobek uvést na trh.
Závěr
Při posuzování, která vlastnost geosyntetika je klíčová pro zvolené zamýšlené použití, je nutné postupovat podle systému: mezní stav -> mechanismus poruchy -> funkce -> vlastnost. Současně je třeba respektovat, že výrobci jsou povinni poskytnout pouze vybraný rámec vlastností pro zvolené zamýšlené použití (funkci). V neposlední řadě navrhujeme v požadavcích na vlastnosti vybírat pouze ty, které jsou technicky odůvodněné, a naopak neuvádět ty, které jsou a priori splněny v deklaraci parametrů.
Kromě toho STN 73 3040 klade na geosyntetika a jejich výrobce a distributory nadměrné kvalitativní požadavky, které jsou velmi obtížně doložitelné a kontrolovatelné. Jde výrazně nad rámec mezinárodního evropského konsensu, o němž lze předpokládat, že je založen na technicky odůvodněných charakteristikách a v dostatečné míře.
Podle názoru autorů článku je STN 73 3040 pro běžného uživatele nepřehledná, vlastnosti geosyntetik jsou prakticky bez výjimky nadsazené a velmi často podmíněné dalšími faktory nebo odkazy, to vše na úkor přehlednosti a účinnosti normy. V blízké budoucnosti by bylo více než vhodné normu revidovat, aby se zjednodušila a zpřehlednila pro použití v projekční praxi.
Autoři textu: Ing. Ján Lajčák, Ing. Ondřej Vodáček, Ing. Martin Kašpar
Literatura
- STN 73 3040 Geosyntetika. Základné ustanovenia a technické požiadavky.
- STN 73 3041 Horninové konštrukcie vystužené geosyntetikou. Technické požiadavky.
- ISO 18228 Design using geosynthetics.
- STN EN 13249 Geotextílie a geotextíliám podobné výrobky. Vlastnosti požadované pri stavbe pozemných komunikácií a iných dopravných plôch (okrem železníc a vystužovania asfaltových povrchov vozoviek).
- GRI Standard GC8 (GRI-GC8): Determination of the Allowable Flow Rate of a Drainage Geocomposite. 2. Folsom, USA: Geosynthetic Research Institute, 2013.
- ISO/TR 20432 Guidelines for the determination of the long-term strength of geosynthetics for soil reinforcement.
Weak spots of STN 73 3040 when designing geotechnical structures using geosynthetics
Regarding geosynthetics, we are marketactive since 1998 in Czech republic and since 2005 in Slovakia. We target not only business, but also technical and design matters, we contribute to research activities, we hold as well as attend to geosynthetic-related seminars and as per lately we also participate in guidelines-making. This very experience allowed us to write this paper.