Využití polystyrenu v náspu dálniční konstrukce

1. 7. 2008

Pěnový polystyren EPS se převážně používá pro tepelnou a zvukovou izolaci obytných budov, průmyslových a zemědělských objektů, podzemních garáží atd. V zahraničí (Skandinávie, Německo) se tento produkt již nějaký čas uplatňuje při výstavbě vylehčených náspů pozemních komunikací na neúnosném podloží. První obdobnou realizací v ČR byl násep na dálnici D1 Vyškov–Mořice.

Vlastnosti pěnového polystyrenu EPS jsou dostatečně známy (viz také Materiály pro stavbu 8/2005). Při jeho výrobě a zpracování se nepoužívá CFC ani HCFC. Jak energetická bilance při výrobě, tak jeho využití jako materiálu, který napomáhá k úsporám energie, činí z EPS jedno z mnoha inteligentních řešení ochrany našeho životního prostředí. Vůči zpracování polystyrenu nejsou žádné zdravotnické výhrady

Využití polystyrenu místo násypů

Při stavbě silnic a dálnic se jako lehký stavební materiál používají EPS bloky GEOFOAM. Výrazně snižují hmotnost silničního násypu a zatížení podloží je omezeno na minimum. Hlavním cílem použití bloků GEOFOAM je minimalizovat sedání a deformace na nedostatečně únosném podloží, a tím se vyhnout nákladnému zakládání nebo výměně takového podloží. Další výhodou je urychlení stavby, protože není nutné čekat na konsolidaci násypu, která trvá přibližně jeden rok. Tím se také podstatně sníží náklady výstavby. Parametry bloků GEOFOAM jsou uvedeny v tabulce.

Dalšími výhodami použití tohoto materiálu jsou

● snadná manipulace,

● snížení sesedání,

● zabezpečení proti zborcení základu nebo terénu,

● pevnost v tlaku,

● nepatrná nasákavost.

tabulka

Polystyrenové bloky je možné využít i při výstavbě protihlukových náspů. Prvky GEOBLOCK se pokládají ve vazbě na filtrační vrstvu, sloužící jako drenáž, a vzájemně se fixují hmoždinkami. Na tuto konstrukci se položí další filtrační vrstva a nasype substrát, aby bylo možno hlubokou zábranu osázet rostlinami. Výhodami této konstrukce jsou

● minimalizace zatížení podloží,

● rychlé vybudování protihlukového náspu,

● nízká hmotnost,

● dlouhodobá životnost.

Třetí podobnou oblastí, kde se polystyren začíná nově uplatňovat, jsou parkové úpravy nad podzemními garážemi a tunely. V těchto případech se využívá velmi dobrých tepelněizolačních vlastností a především velmi malé vlastní hmotnosti tohoto materiálu. Vzhledem k malému zatížení stropní konstrukce vycházejí statické výpočtové hodnoty stropů podstatně nižší. Pod bloky GEOBOARD se položí dodatečná drenážní vrstva, která odvede vniknuvší vodu do dešť ového odpadu. Uložení bloků se zajistí dvěma kovovými hmoždinkami na každý blok.

Výhody:

● minimalizace zatížení stropní konstrukce,

● rychlé zabudování,

● nízká hmotnost,

● vysoká životnost.

Obr. 1: Řez konstrukcí dálničního náspu

Technologie pokládky EPS bloků

Bloky se pokládají vedle sebe a nad sebou. Minimální přesah spár je 0,5 m. Na okraje se pokládají vždy celé bloky. Jako podklad je potřebná rovinná jemně upravená plocha, na kterou se bloky podle plánovaného profilu pokládají. Bloky ve standardním provedení váží dle rozměrů 50 kg až 70 kg, z dopravního prostředku je tedy mohou skládat dvě osoby.

Aby se zabránilo posunu bloků při pokládání a zásypu, spojují se navzájem v jednotlivých vrstvách hmoždinkami. Postačí dvě hmoždinky na blok umístěné diagonálně.

Obr. 2: Terén připravený pro jednotlivé ustupující vrstvy polystyrenu

Obr. 3: Pokládání základní vrstvy polystyrenu

Praktické použití na dálnici D1 Vyškov–Mořice

V ČR byl polystyren jako materiál do náspu dálničního tělesa poprvé uplatněn na dálnici D1 mezi Vyškovem a Mořicemi. Jednalo se o úsek v délce zhruba 180 m u přemostění místní komunikace.

Na tomto úseku bylo použito celkem 20 000 m³ expandovaného pěnového polystyrenu GEO-FOAM tří typů s různými hodnotami minimální objemové hmotnosti a napětí v tlaku při 10% stlačení:

● GEOFOAM 20 (20 kg/m³, 100 kPa) pro méně namáhané části,

● GEOFOAM 25 (25 kg/m³, 150 kPa) pro běžný násyp,

● GEOFOAM 30 (30 kg/m³, 200 kPa) pro vrstvy pod hutněným štěrkopískem.

Vzhledem k velmi nepříznivým základovým poměrům bylo navrženo řešení, jehož princip spočívá ve zmenšení přitížení podloží náspem dálničního tělesa tak, aby výsledné sednutí bylo co nejmenší. Při dané geometrii zemního tělesa je pro snížení hmotnosti náspu využita náhrada části zemní konstrukce jádra náspu v objemu cca 20 000 m³ bloků z expandovaného polystyrenu GEOFOAM.

Pro ověření mechanických vlastností a způsobů provedení návrhu konstrukce byl proveden hutnicí pokus na zkušebním poli EPS bloků, včetně ověření navrhovaného postupu monitoringu. Toto řešení použité pro stavbu pozemní komunikace v ČR poprvé, se ukázalo jako technicky i ekonomicky velmi výhodné.

U EPS náspu bylo nezávislou zkušebnou prováděno následující měření:

● objemová hmotnost materiálu (min. 20 zkoušek, povolená tolerance u jednotlivých bloků max. 10 %, střední hodnota v suchém stavu musí odpovídat předepsané),

● rozměry bloků (přípustné délkové tolerance činí ±0,5 % rozměrů stran), zkouška byla provedena min. u 100 bloků,

● mechanické vlastnosti EPS byly zjišť ovány pomocí zkušebních přístrojů pro půdní vzorky na zkušebních tělesech o velikosti stran nejméně 5 cm. Rychlost zatěžování řádově 0,6 %/hod. Tlakové napětí se zapisovalo po 0,5 % (zejména jde o hodnoty při 1,0%, 1,5%, 2,0%, 2,5% a při 10% deformaci). Zatěžovací diagramy se vyhodnotily na dvou vzorcích pro každou vrstvu,

● zatěžovací zkouška byla provedena lehkým dynamickým aparátem pro ověření stejnorodosti mechanických vlastností každého bloku EPS v horní, 12. vrstvě, pod vozovkou a v případě pochybností o kvalitě jednotlivých bloků i v dalších vrstvách.

Obr. 4: Vyrovnávání roznášecí vrstvy štěrkopísku s geotextilií

Monitoring náspu

Pro sledování účinnosti sanačních opatření a pro sledování sedání podloží náspu a deformací tělesa dálnice bylo navrženo monitorování těmito metodami respektive kombinací metod:

● měření sedání podloží na bázi násypů hydrostatickou metodou,

● geodetické měření horizontálních a vertikálních pohybů technickou nivelací a přesnou tachymetrií,

● měření pórových tlaků v neogenním podloží náspu,

● sledování úrovně spodní vody v hydrogeologických vrtech,

● sledování vertikálních deformací inklinometrickými vrty,

● měření sedání po vrstvách polystyrenového tělesa deformetry.

Nový dálniční úsek D1 Vyškov–Mořice v délce 17 km byl uveden do provozu v říjnu 2005.

Obr. 5: Detail hmoždinkyk zajištění proti posunutí EPS bloků

Závěr

Dlouholeté zahraniční zkušenosti s expandovaným pěnovým polystyrenem (EPS) při výstavbě vylehčených náspů pozemních komunikací, protihlukových náspů a odlehčených stropů podzemních garáží a tunelů nám přesvědčivě dokládají nevšední vlastnosti tohoto materiálu, jako je stabilita, trvanlivost, netečnost vůči vlhkosti a půdním organismům, jakož i chemická a biologická neutralita. Příklad jeho využití při výstavbě D1 ukazuje, že i u nás je tato technologie perspektivní.

Obr. 6. Téměř dokončené těleso náspu

Obr. 7: Navážení vrstvy štěrkodrti

foto archiv firmy DCD IDEAL, s. r. o.

Ing. Jiří Drnec (*1940) absolvoval Fakultu stavební ČVUT Praha a Technische Hochschule Graz. Pracoval jako stavbyvedoucí v ČR a v Rakousku (mj. výstavba podzemní dráhy ve Vídni, olympijská vesnice v Innsbrucku, přestavba kláštera Ravensburg), v letech 1980–94 působil ve firmě Heraklith AG Rakousko, od roku 1994 do současnosti pracuje v technickém odd. firmy DCD IDEAL, s. r. o.