Zpevňování málo únosných podloží lesních cest
Karel Hanák
Dřívější živelná a amatérská výstavba svážnic (dnes cesty třídy 3L) nepodložená alespoň jednoduchou projektovou dokumentací zapříčinila často jejich neprůjezdnost vznikem trvale neúnosných úseků na jejich trasách. Ty lze nejčastěji identifikovat v místech, kde jsou v podloží soudržné zeminy disponující málo vhodnými až nevhodnými fyzikálně mechanickými vlastnostmi a jsou trvale saturovány srážkovou vodou stagnující v důsledku vzniku tzv. ztracených podélných sklonů trasy cesty.
Kohézní zeminy typu jílů, hlín, prachovitých a písčitých hlín apod. přecházejí při nasycení vodou do měkké až tekuté konzistence, jejich smyková pevnost klesá k nule a tím i schopnost alespoň částečně přenášet dotykové tlaky kol přejíždějících vozidel. Zemní pláně jsou tak deformovány podélnými kolejemi, jejichž hloubka dosahuje až po nápravy těžkých vozidel.
Obnovení průjezdnosti lesních cest
K technicky i ekonomicky nejméně vhodným sanačním opatřením k obnovení průjezdnosti těchto cest je pouhé vyplňování vzniklých podélných kolejí drceným kamenivem či jiným stavivem - místními materiály, stavebními recykláty apod., neboť ty jsou při hutnění či dopravním zatížení nadále utápěny v neúnosném a neodvodněném podloží v úrovni dna kolejí. Naopak nejúčinnější, ale také nejnáročnější řešení nabízí směrové a výškové přetrasování části cesty tak, aby byl vyloučen její defektní úsek - součástí takového řešení je však - mimo trasérských a projekčních prací - nejen stavební realizace, ale také rekultivace opravovaného úseku cesty. Přijatelným řešením je pak lokální použití roznášecích prvků - roštů - kterými je při technologické i cenové dostupnosti zabezpečena průjezdnost ošetřovaného úseku cesty.
Ztužující polyetylenové fólie
K takovýmto roštům patří i ztužující polyetylenové fólie LITHOPLAST GEO, které byly v rámci dílčího výzkumného úkolu č. 1035 - 9 ZA 05 “Technické aspekty trvale udržitelné stability krajiny” řešeného Ústavem LSM LDF MZLU v Brně poloprovozně ověřovány na území Školního lesního podniku (ŠLP) Masarykův les Křtiny.
LITHOPLAST GEO
Buněčný zpevňovací systém LITHOPLAST GEO je určen pro zpevňování podloží či zvýšení jeho únosnosti, a to nejen silničních a cestních komunikací, ale i letištních ploch, parkovišť, skládek, odstavných ploch, složišť apod. Výchozím materiálem je vysokohustotní polyetylen (HDPE) tvarovaný výstupky, z kterého se připraví proužky v požadovaných rozměrech. Tyto se pak svaří a vytvoří prostorové buňky pro výplňový materiál. Jde tedy o voštinu předem svařovanou z HDPE fólie o tloušťce 1,0 až 1,6 mm, kterou tvoří buňky o stranách 150 x 150 mm nebo 300 x 300 mm; výška voštiny může být 100 až 300 mm s odstupňováním po 50 mm.
Kompletní systém určený pro zpevňování podloží obsahuje voštinu, kotvy a připevňovací prvky (např. “J-špendlíky” - pruty ze stavební oceli zahnuté na konci do tvaru písmene J nebo dřevěné kolíky), výplňový materiál do buněk (standardní jsou písek, štěrk a drcený kámen s velikostí frakce do 16 mm) a geotextilii při zpevňování extrémně neúnosných podloží. Pevnost v tlaku buněk (150/200/1,0) vyplněných drceným kamenivem frakce 8-16 mm je 7 MPa. Sousední voštinové sekce jsou spojeny suchým zámkem, popř. svorkami pomocí sponkovačky, šroubovým či nýtovacím spojem. Minimální životnost při standardním použití je 50 roků, materiál je lehce hořlavý; se systémem lze pracovat při teplotách od 0° do 70°C; výrobek splňuje požadavky na zdravotní nezávadnost.
Statická působnost, technologie zabudování
Polyetylenová fólie zpevňuje výplňový materiál tím, že zvyšuje jeho únosnost a smykovou pevnost. Při zatížení systému jsou generovány svislé a radiální síly, které v kombinaci s třením ve styku výplňového materiálu a stěn buněk působí tak, že je vytvořena mostová roznášecí struktura s vysokou pevností a tuhostí. Buněčné zpevnění tak vytváří tuhé základy, které roznášejí svislé zatížení bočně a tím snižují kontaktní tlaky na podloží.
Technologie zabudování
- urovnání povrchu pláně zpevňovaného úseku pro položení voštin;
- zhutnění urovnané pláně - lze realizovat pouze na částečně únosných podložních zeminách;
- položení fólie;
- ukotvení voštin ocelovými či dřevěnými kotvami a spojení sousedních voštinových sekcí;
- výplň buněk podle požadavků na komunikaci (místní materiál, prosívka, štěrkodrť, drcené kamenivo apod.), výplň přesypat alespoň 5 cm nad horní hranou buněk;
- odstranění kotev a zhutnění výplňového materiálu.
Pokusný úsek
Možnost praktického využití byla ověřována na pokusném úseku realizovaném na lesní přibližovací cestě “Okružní” (ŠLP ML Křtiny, polesí Vranov). Jde o zemní etážovou cestu o celkové délce 1,5 km (ve smyslu ČSN 73 6108 Lesní dopravní síť - 3L 3,0/15). Neprůjezdný asi 50 m úsek se nacházel přibližně v polovině délky trasy a vznikl trvalou saturací podložních zemin srážkovou vodou stagnující v důsledku nulového podélného sklonu v této části trasy cesty (obr. 1)
Charakteristika podložních zemin
Charakteristika podložních zemin byla získána odběrem porušeného vzorku z podloží pláně a jeho laboratorním rozborem. Jde o detritát granodioritu (podle zjištěné zrnitostní skladby - hlína písčitá). Podle ČSN 72 1002 Klasifikace zemin pro dopravní stavby patří tyto zeminy z hlediska vhodnosti pro podloží do skupiny VII-IX - méně stabilní zeminy, při napojení vodou rozbřídají a jejich pevnost klesá až na 40 % pevnosti za optimálního stavu; jsou namrzavé až nebezpečně namrzavé a poskytují málo vhodná až nevhodná podloží. Doporučuje se bezpodmínečně zamezit přístupu vody k podloží, zlepšení je možno dosáhnout příměsí vápna.
Technologie výstavby
Technologie zpevnění pokusného úseku byla realizována v říjnu 2001 v celkové délce 30 m v již dříve popsaných krocích.
- Hrubé srovnání pláně cesty autograderem bylo značně problematické vzhledem k saturaci podložní zeminy vodou a tím i její téměř nulovou únosností. V této fázi byl zbudován podélný trojúhelníkový odvodňovací příkop na zářezové části tělesa cesty.
- Desky (LITHOPLAST GEO, rozměry buněk v mm - 150 x 150 x 100 tloušťka materiálu 1,3 mm, rozměr desky v roztaženém stavu: 2,5 x 2,8 m) byly kladeny delším rozměrem kolmo k podélné ose zpevňované komunikace (šířka zpevněného pruhu 2,8 m). Fixace roztažených voštinových desek k pláni byla provedena pomocí dřevěných kolíků rozmístěných po obvodu desek v počtu 2 x 5 ks na jednu zabudovávanou desku. Na zpevnění pokusného úseku o délce 30 m tak bylo potřeba 12 kusů voštinových prefabrikátů a 120 kolíkových kotev.
- K zásypu buněk byl použit štěrk frakce 1-32 mm s 25% příměsí jemnozrnné zeminy z asi 15 km vzdáleného lomu ŠLP ML Křtiny ve Vranově. Kamenivo bylo vysypáváno z korby vozidel na připravený voštinový rošt čelně, poté rozhrnováno do buněk ručně, po zavezení celého úseku byl povrch navážky srovnán grejdrem s převýšením výplně alespoň 5 cm nad horní hranou buněk (obr. 2)
- Odstranění dřevěných kotev a zhutnění výplňového materiálu. Hutnění výplně buněk bylo realizováno hladkým taženým vibračním válcem o hmotnosti 8 tun.
Kontrolní měření únosnosti
Únosnost provozního zpevnění z voštinových prefabrikátů LITHOPLAST GEO byla ověřována měřením okamžitých pružných průhybů pákovým průhyboměrem pod zadní nápravou zatěžovacího vozidla (Škoda LIAZ Turbo) v předem stanovených měřičských profilech (celkem sedm měření - dvě na nezpevněné zemní pláni v přirozené vlhkosti a pět na zpevnění tvořeném voštinovým prefabrikátem vyplněným štěrkem). Pružný průhyb je odměřován souběžně pod oběma zdvojenými koly zadní nápravy zatěžovacího vozidla, a to pomocí dvouramenného pákového průhyboměru, opatřeného úchylkoměrem.
Technické a ekonomické zhodnocení
- Výrobcem proklamovaná statická působnost buněčného zpevňovacího systému LITHOPLAST GEO byla prokázána v plném rozsahu. Na původně zcela zvodnělém a neúnosném podloží byl vytvořen pomocí tohoto systému roznášecí rošt, který umožnil obnovu průjezdnosti zmíněné zemní lesní cesty i pro těžkou nákladní dopravu dříví (obr. 3).
- Kontrolním měřením únosností bylo prokázáno, že zbudováním roštu z LITHOPLAST GEO na soudržných podložních zeminách saturovaných vodou do plastické až tekuté konzistence, tedy s minimální až nulovou smykovou pevností, lze dosáhnout únosností, kterou disponují zemní pláně ze stejné zeminy, avšak při vlhkosti optimální.
- Technologie zbudování buněčného roštu neklade žádné mimořádné nároky zejména při pracích menšího rozsahu. Jediným již dříve zmíněným problémem je požadavek montáže voštinových desek na urovnaný povrch zpevňovaného úseku, neboť se jedná o málo únosná až neúnosná podloží v trase sanovaných cest.
- Ekonomické zhodnocení experimentu je provedeno na základě rozboru finančních nákladů poskytnutých výrobcem voštin a dodavatelem stavebních prací v rozsahu zbudovaného pokusného úseku, tzn. 30 m:
| LITHOPLAST GEO 150/100/1,3 |
|
|
| 12 ks á 1 793 Kč (včetně 22% DPH) | = | 21 516 Kč |
| Unimog 8 h á 500 Kč | = | 4 000 Kč |
| Motogrejdr 8 h á 700 Kč | = | 5 600 Kč |
| Traktor + vibrační válec 8 h á 400 Kč | = | 3 200 Kč |
| Nákladní automobily 2 x 4 x 300 Kč | = | 2 400 Kč |
| Štěrkodrť 40 tun á 125 p Kč | = | 5 000 Kč |
| 2 dělníci 5 hodin 2 x 5 x 150 Kč | = | 1 500 Kč |
| CELKEM | = | 43 216 Kč |
| Náklady na 1 bm zpevnění | = | 1 440 Kč |
| Náklady na 1 m2 zpevnění | = | 514 Kč |
Závěr
Ztužující polyetylenové fólie přestavují nový progresivní prvek pro zpevňování zemin. Širší uplatnění této technologie v lesnickém dopravnictví bude zcela jistě limitováno současnou odbytovou cenou a bude se pravděpodobně orientovat na v tomto článku pojednávané účely - tzn. na provozní zpevňování kratších úseků zemních odvozních cest na málo únosných až neúnosných podložních zeminách.
PE fólie LITHOPLAST GEO nejsou v současnosti jediným geosyntetickým materiálem určeným pro zpevňování zemin. V současné době jsou Ústavem LSM LDF MZLU v Brně v rámci citovaného výzkumného záměru testovány např. dvouosé geomříže Tensar, které vytvářejí po zabudování kameniva na neúnosném podloží rovněž plochý roznášecí rošt.
Adresa autora:
Doc. Ing. Karel Hanák, CSc.
Ústav lesnických staveb a meliorací
LDF MZLU v Brně, Lesnická 37, 613 00 Brno
Tel.: 54513 4089