Technický stav mnohých existujúcich stavieb, najmä líniových, nezodpovedá dnešným požiadavkám z hľadiska prevádzkovej výkonnosti. Príčiny tohto stavu sú rôzne: preťaženie konštrukcie, nesprávne zvolený konštrukčný prvok atď. V mnohých prípadoch sú tieto príčiny spojené s podložím stavieb – s jeho únosnosťou, nesprávne navrhnutým modulom pružnosti podložia, nesprávne a nedostatočne vykonanou kontrolou kvality zemnej konštrukcie počas jej výstavby. V súčasnosti existuje množstvo metód na získavanie údajov o únosnosti zemných konštrukcií, ktoré vychádzajú z rôznych teoretických prístupov. Mnohé z týchto metód sa v podmienkach Slovenskej republiky používajú len veľmi ojedinele, pretože ide o metódy, ktoré v praxi nie sú verifikované. V zahraničí je zabezpečený súlad medzi navrhovaním a kontrolou kvality a v relevantných predpisoch sú uvedené záujmové korelačné koeficienty, ktoré umožňujú zameniteľnosť jednotlivých kontrolných postupov a zisťovaných charakteristík zemných konštrukcií. Na zabezpečenie súladu medzi jednotlivými metódami je nevyhnutné stanoviť podmienky meraní, vykonať porovnávacie merania pomocou vybraných metód, získané hodnoty porovnať a vzťahy medzi nimi určiť štatistickou metódou korelácie. Pri zodpovedne stanovených koreláciách bude možné využívať tieto metódy, čo by predstavovalo prínos pre zhotoviteľa aj stavebníka z dôvodu jednoduchej a ľahkej manipulácie, rýchlych výsledkov a tiež bezproblémového transportu.

Nedeštruktívne metódy merania

Pri realizácií nedeštruktívnych metód nedochádza k porušeniu materiálu (alebo skúšobného dielca) alebo je porušenie veľmi malé (také, aby neboli ovplyvnené vlastnosti stavebného materiálu, resp. stavebného dielca). Nedeštruktívne metódy môžeme rozdeliť na dve základné skupiny podľa pomôcok, ktoré sa používajú pri skúške:

• zmyslové metódy – sú založené na používaní jednoduchých pomôcok a zmyslov pri kontrole a skúšaní porušenia konštrukcie,

• prístrojové a laboratórne metódy – používajú sa cieľom presnejšieho určenie mechanických a fyzikálnych vlastností stavebných materiálov a konštrukcií, keď už nestačia zmyslové metódy.

Výhody nedeštruktívnych skúšobných metód:

• možnosť opakovať skúšku,

• ľahké a prenosné prístroje,

• možnosť skúšania existujúcej konštrukcie,

• jednoduché určenie hľadanej vlastnosti (ide najmä o rýchlosť určenia veličiny a tiež neporušenie skúšobného materiálu),

• nepoškodená konštrukcia, respektíve len drobné porušenie, ktoré neobmedzuje funkčnosť konštrukcie,

• vysoká presnosť niektorých metód,

• prístroje vysokoodolné proti nárazom, prachu, mechanickému poškodeniu.

Nevýhody nedeštruktívnych skúšobných metód:

• nepresné a nezaručené výsledky pri niektorých metódach,

• možnosť skúšania niektorých metód len v laboratóriách,

• potreba používať rôzne vzťahy na určenie hľadanej vlastnosti,

• drahé prístroje pri niektorých metódach,

• nevhodné pre všeobecné použitie,

• zlá dostupnosť prístrojov,

• vysoká náročnosť na prístroje,

• potreba takmer dokonale čistého a hladkého povrchu pri mnohých metódach.

Experimentálne merania

Na overenie jednotlivých metód určovania kvality zemných konštrukcií boli vykonané experimentálne porovnávacie merania s použitím nasledovného prístrojového vybavenia: WS 32830 – CBR prístroj podľa

Clegga Prístroj Clegg CIST 882 (verzia so 4,5 kg kladivom) je zariadenie vhodné na priebežné a kontinuálne monitorovanie kontroly kvality násypov zemných konštrukcií, ktoré možno realizovať rýchlo bez prerušenia postupujúcich prác. Prístroj tvorí:

• padajúce kladivo so vstavaným senzorom zhutnenia,

• vodiaci valec s integrovanou základovou doskou a prídavné držadlo,

• merač s digitálnym displejom a so spojovacím káblom, transportný a úložný kufrík.

Aby sa meraním získali spoľahlivé hodnoty CIV, je nevyhnutné vykonať 5 úderov kladiva na každom meracom mieste. Bez ohľadu na testovaný materiál musí byť dodržaný nasledovný postup merania:

• meracie miesto musí byť zbavené nerovností a väčších kameňov (dopad kladiva na kameň by mohol spôsobiť poškodenie akcelerometra),

• pred meraním skontrolujeme, či poloha vodiaceho valca je vertikálna. Prístroj pridržiavame vnútornou stranou chodidla. Kladivo zdvihneme po vyznačenú rysku a stlačíme tlačidlo na displeji. Skontrolujeme, či prvé odčítanie ukazuje nulovú hodnotu,

• uistíme sa, že spojovací kábel akclerometra a displeja nie je pri páde kladiva zachytený, a sledujeme hodnotu na displeji,

• bez pohnutia vodiaceho valca a pustenia tlačidla na displeji zopakujeme 4 dopady kladiva, aby sme získali konečné odčítanie 5 dopadov.

Posúdime súbor piatich meraní. Prvé dva až tri dopady by mali efektívne zarovnať drobné nerovnosti spôsobené uvoľnením materiálu pod kladivom. Ďalšie by mali mierne narastať a určiť tuhosť zhutnenej vrstvy. Prístroj je citlivý na okolité otrasy, preto sa počas celého procesu merania uistíme, aby sa v okruhu minimálne 15 m od prístroja nenachádzal zdroj vibrácií, resp. otrasov, ktorý by mohol nepriaznivo ovplyvniť výsledné hodnoty. Prístroj Clegg CIST 882 je možné použiť na celý rozsah zemín a tiež na podložie tvorené drobnejšími úlomkami hornín. Prístroj nie je možné použiť pri zeminách tvorených väčšími kameňmi, pretože by mohlo dôjsť k poškodeniu akcelerometra.

LDD 100 – dynamická zaťažovacia skúška

Podstata skúšky spočíva v stanovení veľkosti reakcie (zvislých priehybov) skúšaného polopriestoru na zaťaženie rázom. Priehyby sa stanovujú z veľkosti zrýchlenia zisteného akcelerometrom.

Meranie ľahkou dynamickou doskou prebieha nasledovne:

• meracia doska sa uloží na povrch skúšanej zeminy, ktorý musí byť rovný a doska musí dosadnúť na celej svojej ploche, ak sa na povrchu nachádzajú drobné nerovnosti, je potrebné meracie miesto vyhladiť pieskom do roviny,

• k doske sa pripojí pripojovací kábel pomocou konektora,

• na dosku sa nasadí rázové zariadenie a odistí sa aretačný kolík na závaží rázového zariadenia. Závažie sa zdvihne a v hornej polohe sa zaistí západkou,

• na úvod sa vykoná jeden rázový pulz, ktorým sa zaistí dosadnutie dosky na povrch.

Po odskoku sa závažie zachytí v hornej polohe a opäť sa zaistí,

• zapne sa vyhodnocovacia jednotka (prípadne aj tlačiareň) a pripraví sa na meranie,

• vykonajú sa 3 meracie rázy, po odskoku sa vždy závažie zachytí a zaisti v hornej polohe západkou,

• odpojí sa konektor od meracej dosky, závažie sa zaistí v dolnej polohe a celá sústava sa môže presunúť k ďalšiemu meraciemu miestu.

Oblasť použitia LDD 100 je na určenie parametrov zhutnenia podložia a zhutňovaných vrstiev zo zemín a sypanín.

H-4140 – geosonda Humboldt – dynamická metóda s využitím princípu metódy mechanickej impedancie

Podstata skúšky spočíva v stanovení mechanickej impedancie skúšanej vrstvy. Meria vibračný tlak prenášaný na povrch vrstvy a výslednú povrchovú rýchlosť ako funkciu času. Prístroj počas jedného meracieho cyklu vytvára elektromagnetickú energiu na úrovni 25 frekvencií (rozsah 100 Hz až 196 Hz). Časová dĺžka jedného merania je 75 sekúnd a počas neho sonda vykoná 7 400 meracích cyklov.

Výstupné parametre každého meracieho intervalu sú:

• modul pružnosti – označovaný v pôvodnej literatúre ako Youngov modul v zmysle Hookovho zákona pre izotropný, lineárne pružný materiál. Pre rozlíšenie označovaný ako EH.

• tuhosť – meraná v rozsahu od 3 MN.m-1 do 70 MN.m-1 Postup merania geosondou H4140:

• meracie miesto sa upraví tak, aby bolo rovné.

Ak chceme získať spoľahlivé výstupné hodnoty, je potrebné zabezpečiť kontakt meracieho prstenca so skúšaným materiálom na 100 %,

• v prípade, že skúšané miesto nie je zarovnané, zahladíme drobné nerovnosti rozprestretím mierne navlhčeného piesku,

• geosondu položíme na pripravené miesto a zľahka pritlačíme a pootočíme aby sme docielili, čo najlepší kontakt so zeminou,

• meranie spustíme tlačidlom measure, geosonda začne generovať vibrácie, ktoré sa prenášajú do hĺbky približne 300 mm.

Počas celého merania (75 sekúnd) sa so sondou nesmie hýbať a tiež musíme zamedziť okolité otrasy a vibrácie, ktoré negatívne ovplyvňujú výstupy merania,

• po meraní odpíšeme z digitálneho displeja hodnotu Youngovho modulu pružnosti a tuhosti.

Sondu môžeme presunúť na ďalšie meracie miesto.

Oblasť použitia: Výrobca deklaruje vhodnosť použitia prístroja na súdržné a nesúdržné zeminy, hydraulickými spojivami stmelené podkladové vrstvy, asfaltové vrstvy a podobné materiály, pričom nie je

definovaná veľkosť maximálneho zrna skúšaného materiálu.

V rámci experimentálnych meraní boli jednotlivé metódy overované na podloží skúšobného poľa (skúšobného standu) v priestoroch Žilinskej univerzity a taktiež in situ pri výstavbe inžinierskych stavieb v rámci Slovenska. Výsledky získané z experimentálnych meraní boli štatisticky vyhodnotené a určené

korelačné závislosti medzi jednotlivými metódami nedeštruktívneho určovania únosnosti podložia z ílovitých materiálov. Z vytvorených kriviek je možné jednoducho a rýchlo určiť hodnotu Evd (hodnota získaná meraním ľahkou dynamickou doskou LDD 100) z nameranej hodnoty CIV (z prístroja Clegg, model CIST 882) alebo EH (z geosondy Humboldt H-4140).

Aj napriek nepopierateľným výhodám sa tieto metódy v podmienkach SR využívajú len niekoľko rokov a veľmi ojedinele, porovnávacie merania pre materiály nie sú stanovené kompletne (pre celý rozsah vlhkosti) alebo nie sú stanovené vôbec. Je potrebné brať do úvahy, že jedinou relevantnou skúškou únosnosti zemnej konštrukcie je statická zaťažovacia skúška. Tieto metódy by sme v praxi odporúčali využiť na:

• rýchlu a priebežnú kontrolu kvality zhotoviteľom,

• na vyhľadávanie lokálnych oblastí s nižšou tuhosťou testovaného materiálu, resp. oblasti s nedostatočným zhutnením,

• využiť tieto prístroje v ťažko dostupných miestach, vzhľadom na ich rozmery (prí- padne pri diagnostike jestvujúcich konštrukcií, v jadrových vývrtoch).

Takýmto spôsobom sa zabezpečí kontinuálna kontrola kvality na celej ploche budúcej konštrukcie, čo prispeje ku skvalitneniu kontrolného postupu. Získané závislosti môžu byť vhodným podkladom na zavedenie alternatívnych metód do procesu kontroly kvality v rámci SR. Ich použitie v kombinácií so SZS zjednoduší, urýchli a skvalitní proces kontroly kvality zemných konštrukcií. Kontrola kvality zemných konštrukcií je podstatným krokom pri budovaní inžinierskych stavieb. Dôslednou a poctivo vykonanou kontrolou kvality zabezpečíme dlhú a bezporuchovú životnosť stavby. Aby bolo možné využívať pri kontrole kvality zemných konštrukcií vozovky alternatívne metódy, ktorým sa venuje tento príspevok, je

potrebné hodnotiť tieto metódy z viacerých pohľadov.

Literatúra

[1] ĎUREKOVÁ, D.: Kontrola kvality zemných konštrukcií nedeštruktívnymi metódami, In. Dizertačná práca, Žilina, 2015.

[2] Zgútová, K.: kapitola 2.1 – Kontrola zemných prác, s. 26-61. In: Decký, M. a kol.: Kontrola kvality na stavbách. 4. diel Cestné stavby a súvisiace inžinierske objekty. Vydavateľstvo Eurostav, spol. s r. o. Bratislava, 1. vydanie, 2014. Editor: prof. Dr. Ing. Martin Decký, s. 431, ISBN 978-80-89228-40-9. [3] HUMBOLDT MFG. CO., GeogaugeTM User Guide, Model H – 4140. Norridge, IL. 60706, U.S.A., 2007. [4] Manuál prístroja na meranie zhutnenia zemín podľa Clegga model CIST/882. [5] STN 73 6133

Stavba ciest – Teleso pozemných komunikácií, 2010. [6] Technicko-kvalitatívne podmienky MDVRR, TKP časť 2. Zemné práce, 2011. [7] Technicko-kvalitatívne podmienky MDPT, TKP časť 5. Podkladové vrstvy, 2014.

Výskum je podporovaný Európskym fondom regionálneho rozvoja a štátnym rozpočtom Slovenskej republiky prostredníctvom projektu Výskumné centrum Žilinskej univerzity, ITMS 26220220183.

„Podporujeme výskumné aktivity na Slovensku.

Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ.“

Ing. Dominika Ďureková

Ing. Juraj Šrámek, PhD.

Ing. Peter Danišovič, PhD.

ŽU v Žiline, Stavebná fakulta Katedra technológie a manažmentu stavieb