Návrh a použití stabilizačních geomříží v dopravní infrastruktuře

Geomříže patří mezi nejčastěji používané geosyntetické materiály, a to zejména v dopravní infrastruktuře. Zvláštní skupinu geomříží tvoří multiaxiální stabilizační geomříže, které se již mnoho let úspěšně používají při stavbě silnic, železnic a dalších konstrukcí ke snížení stavebních nákladů nebo prodloužení životnosti. Tento článek představuje základní koncept fungování stabilizačních geomříží, jejich použití a návrh v konkrétních stavbách spolu s výhodami pro stavby pozemních komunikací. 

Geosyntetika jsou skupinou syntetických polymerních materiálů, které se používají v široké škále inženýrských aplikací. První použití textilních materiálů ve výstavbě silnic se datuje přibližně před 100 lety v USA. Od té doby bylo vyvinuto mnoho typů geosyntetik, z nichž nejběžnější jsou tkané a netkané geotextilie, geomříže, geomembrány, geobuňky a různé typy geokompozitů. Geosyntetika se úspěšně používají v mnoha projektech, zejména v dopravní infrastruktuře jako jsou silnice a železnice. V silničních projektech se uplatňují v celé řadě aplikací – od zpevňování zemních konstrukcí (strmé svahy a opěrné zdi), přes zpevnění násypů na neúnosných podložích, stabilizaci pracovních plošin, výztuže asfaltových vrstev, drenážních vrstev a separace, až po stabilizaci různých vrstev kameniva v konstrukcích zpevněných i nezpevněných vozovek na neúnosných či nekvalitních podložích. Tím přinášejí významné výhody dodavatelům, investorům i celé společnosti díky snížení nákladů, zkrácení doby výstavby a redukci emisí CO₂ spojených s výstavbou silnic. V tomto článku se zaměřujeme na použití jedné konkrétní skupiny geosyntetik – multiaxiálních stabilizačních geomříží – v netuhých vozovkách.

LOKÁLNÍ TECHNICKÉ PODMÍNKY V ČR PRO APLIKACI

Dle technických podmínek TP 97 je geomříž (GGR) definována jako plošná, pravidelná síť tahových prvků (žebrování), které jasně vymezují otvory (oka). Žebra jsou v uzlech vzájemně propojena pomocí různých výrobních technologií a oka tvoří více než 50 % plochy geomříže. 

Rádi bychom také poukázali na časté chyby v návrzích a následně v projektové dokumentaci. V projektové dokumentaci často chybí jasné vymezení funkce geomříže
a není zřejmé, zda slouží jako výztužný prvek nebo stabilizační při použití se štěrkodrtí. Respektive specifikace typu geomříže a jejího účelu v podkladních vrstvách je většinou nedostatečná, neboť neobsahuje geometrické a pevnostní parametry, ať už tuhost, typ polymeru či strukturu sítě a vlastnosti, které definují interakci s kamenivem, její účel a přínos v dané vrstvě.

Projektová dokumentace často neuvádí přesnou výškovou polohu geomříže v konstrukci. Také tloušťky štěrkových vrstev nejsou odvozeny s ohledem na použitou geomříž a chybí i posuzování kompatibility frakce a typ kameniva s velikostí ok geomříže. Dále není uvedeno zvýšení modulu vrstvy v důsledku použití geomříže, ani omezení měření pomocí lehké dynamické desky (LDD), která může být ovlivněna umístěním geomříže v horní části vrstvy. Rovněž chybí parametry životnosti v navrhovaných nezpevněných vrstvách resp. jejich budoucí deformace. 

Projektová dokumentace většinou neřeší vhodnou separační geotextilii pod geomříží, způsob uložení a přeložení geomříže, ani ekonomické a environmentální odůvodnění jejího použití oproti alternativnímu řešení s navýšením tloušťky kamenivé vrstvy.

FUNKCE GEOSYNTETIK

Geosyntetika mohou plnit různé funkce v dopravní infrastruktuře. Nejčastěji používané funkce při stavbě silnic jsou separace, filtrace, zpevnění, stabilizace a drenáž (ISO, 2018). Použití všech geosyntetik plnících jednu nebo více z těchto funkcí je pro silnici prospěšné, ale dvě z nich – zpevnění a stabilizace – mohou významně ovlivnit životnost silnice. Tyto dvě funkce však přinášejí výhody prostřednictvím různých typů mechanismů. Výstužní geosyntetika funguje na principu tzv. membránového efektu v tahu, zatímco stabilizační geosyntetika zvyšuje výkonnost vrstvy kameniva propojením částic vrstvy štěrku, (Markiewicz et al., 2022).

Obr. 1  Dva mechanismy poskytující podporu povrchu silnice: zaklínění a omezení pohybu kameniva – stabilizace (vlevo)
a napnutá membrána – zpevnění (vpravo), (Markiewicz et al., 2022).

V rámci legislativy lze používat a navrhovat funkci stabilizační dle ČSN EN ISO 10318, avšak v TP97 není definována, viz tab.

Stabilizační funkce geosyntetik byla Mezinárodní organizací pro normalizaci (ISO) uznána jako samostatná funkce, odlišná od vyztužení, relativně nedávno. ISO 10318-1 (2018) ve své novele z roku 2018 definuje stabilizaci jako zaklínění a omezení pohybu kameniva. Na rozdíl od zpevnění, které souvisí s pevností geomříží v tahu, je stabilizace definována jako „Zlepšení mechanického chování nezpevněného kameniva začleněním jedné nebo více vrstev geosyntetických materiálů tak, aby se minimalizovaly deformace při zatížení omezením pohybu nezpevněného kameniva“. 

Funkce stabilizace byla uznána také normou ASTM (2023), která ji definuje jako: „Schopnost jedné nebo více vrstev geosyntetických materiálů snížit deformaci při zatížení a omezit pohyb nespojeného kameniva nebo zlepšit podporu podloží“. 

Jako metoda návrhu pro tento typ geomříže a tento typ funkce je možné použít například technickou specifikaci ISO 18228 pro návrh geosyntetických materiálů, (již publikovaná ISO/TR 18228-5 o požadavcích na stabilizaci), která tuto otázku reguluje a může být použita při návrhu těchto konstrukcí. 

První geomříž oficiálně uznaná jako stabilizační geomříž měla šestiúhelníkové otvory s trojúhelníkovými oky a byla uvedena na trh v roce 2007. Tato geomříž byla certifikována Evropskou organizací pro technické schvalování (EOTA, 2017) pro svou stabilizační funkci.

KONCEPCE MECHANICKÉ STABILIZACE POMOCÍ GEOMŘÍŽÍ

Obr. 3 Částice kameniva zaklíněné ve stabilizační geomříži Tensar InterAx.

Když se nespojené kamenivo umístí a zhutní na vrstvu stabilizační geomříže, částice kameniva se zafixují a zaklíní v otvorech geomříže a jejich pohyb je omezen jejími tuhými žebry ( čímž zvyšují horizontální hlavní napětí). Vzniká tak kompozitní materiál „geomříž + kamenivo“, v němž boční omezení poskytované geomříží snižuje deformaci a zvyšuje tuhost vrstvy ve srovnání s vrstvou bez geomříže. Pevná žebra geomříže brání pohybu částic i při cyklickém zatížení (Liu et al., 2017), čímž zabraňují deformaci vrstvy. Tento kompozit se často označuje jako „mechanicky stabilizovaná vrstva“ (MSL).

Stabilizace kameniva geomříží zvyšuje tuhost nebo modul únosnosti vrstvy, (AASHTO, 1993).

NOVÁ GENERACE STABILIZAČNÍCH GEOMŘÍŽÍ

Po několika letech vývoje a testování byla v roce 2021 uvedena na trh nová generace multiaxiálních koextrudovaných stabilizačních geomříží. Hlavním cílem bylo maximalizovat stabilizační účinek geomříže na agregát. Toho bylo dosaženo kombinací nové výrobní technologie s optimalizovanou geometrií geomříže.

Obr. 4 Štěrkodrť aplikovaná na vícetvarové koextrudované stabilizační geomříži Tensar InterAx.

Jedná se o první geomříž vyrobenou technologii koextruzí, která umožňuje výrobu třívrstvé folie z dvou různých polymerů, jenž je poté perforován a roztažen při vysokých teplotách. Výsledná geomříž má tuhé a pevné černé jádro, které zajišťuje celkovou stabilitu a bílé, elastické vnější vrstvy. Tyto vrstvy mají elastoplastické vlastnosti a mohou se deformovat pod vysokým tlakem kameniva během pokládky a zhutňování. Částice kameniva mírně pronikají do vnějších vrstev, což dále zlepšuje interakci mezi geomříží a kamenivem.

Nová geometrie geomříže zahrnuje různé tvary a velikosti otvorů (šestiúhelník, lichoběžník, trojúhelník), což zlepšuje kompatibilitu s kamenivem různých velikostí a tvarů. Geomříže s více tvary mají také vyšší žebra, jež poskytují větší kontaktní plochu pro zaklínění částic kameniva. Tento nový typ geomříže je též certifikován EOTA (2022) pro stabilizaci. 

Oba typy – vícetvarové a šestiúhelníkové geomříže – jsou v textu označovány jako víceosé stabilizační geomříže.

POUŽITÍ GEOMŘÍŽÍ V MÍSTNÍ LEGISLATIVĚ A JEJICH VÝHODY PRO DOPRAVNÍ INŽENÝRSTVÍ

Vliv geomříží na mechanické chování nenosných vrstev vozovek není řešen pouze na úrovni návrhových předpisů a technických doporučení, ale je rovněž předmětem experimentálního výzkumu zaměřeného na jejich skutečný přínos pro tuhost a dlouhodobou stabilitu konstrukce. Tyto účinky v podmínkách lesních cest detailně analyzuje studie Ježka et al. (2025).

Studie prokazuje, že geosyntetické materiály významně ovlivňují mechanické chování nenosných štěrkových vrstev lesních cest i výsledky jejich diagnostiky pomocí lehké dynamické desky (LDD). Separační geotextilie stabilizují zrnitostní složení kameniva omezením pronikání jemných částic z podloží, zatímco stabilizační geomříže zvyšují tuhost konstrukce prostřednictvím zaklínění zrn a redukce bočních deformací. Konstrukce s geomřížemi vykazují nižší okamžité i cyklické deformace a menší variabilitu modulů deformace. Současně studie upozorňuje, že LDD zachycuje především odezvu horní části konstrukce, což může vést k lokálnímu nadhodnocení modulu v místech s geomříží, a proto je nutné při interpretaci měření zohlednit jejich polohu v konstrukční skladbě, (Ježek et al., 2025).

 

Obr. 5 Katalogová konstrukce D1-A-2 V PIII:
4 cm ACO11 / 9 cm ACP 22+ / 20 cm SD / 15 cm SD.

Obr. 6 Optimalizovaná struktura za použití geomříže Tensar® InterAx® NX750.

Z dlouhodobých měření a zkoušek různých typů geomříží a skladeb konstrukcí se ukazuje, že použití Geomříže Tensar® InterAx® umožňuje výraznou optimalizaci horních konstrukčních vrstev, a to snížení vrstvy kameniva o 10 cm a současně snížení vrstvy asfaltu  o 15 mm při zachování požadované únavové životnosti ESALs >160 000 (100 kN), třída dopravy V.

ZÁVĚR

Doporučujeme se zaměřit na optimalizaci a hledání technologií, které dokáží zvýšit únosnost a životnost různých typů konstrukcí v dopravním stavitelství, snížit uhlíkovou stopu a omezit frekvenci oprav vozovek. Optimalizace návrhu vozovek je možná začleněním multiaxiálních stabilizačních geomříží do nezpevněné podkladní vrstvy.

Naším cílem je, aby už v rámci projektové přípravy projektanti vhodně navrhovali podkladní vrstvy a aktivní zónu s využitím lokálních materiálů nebo recyklátů. Hledáme řešení, jež umožní šetřit kamenivem už ve fázi projektové dokumentace. Výsledkem by mělo být transparentnější ocenění celé konstrukce a minimalizace neočekávaných nákladů.

Použitím těchto technologií zároveň prodlužujeme životnost podkladních vrstev a snižujeme tak potřebu oprav a údržby. To přináší vyšší efektivitu jak z pohledu ekonomiky, tak i ekologického dopadu pro investora. Bez použití chemických stabilizací s vysokou agresivitou je kombinace kameniva s geomříží ekologičtější a časově úspornější alternativa.

Tento přístup je příkladem toho, že inteligentní řešení podporují rozvoj infrastruktury národního i mezinárodního významu ve prospěch životního prostředí a místních společenství.

LITERATURA A REFERENCE:

Ježek, J.; Nuhlíček, O.; Mráz, V.; Zlatuška, K. Effects of Separation Geotextiles in Unpaved Forest Roads on Control Measurements Using the Light Weight Deflectometer. Forests 2025, 16, 1650. https://doi.org/10.3390/f16111650

IB Full scale Ev2 testing, Tensar International, 2024.

IB Research Summary NX Full-Scale Unpaved USACOE, Tensar International, 2022.

IB Tensar Value, Tensar International, 2022.

American Association of State Highway and Transportation Officials, 1993: AASHTO Guide for Design of Pavement Structures, Washington, USA.

ASTM, 2023: Standard Terminology for Geosynthetics. ASTM D4439.

EOTA 2017: B.V KN. European Technical Assessment ETA 12/0530.

EOTA 2022: B.V KN. European Technical Assessment ETA 22/0425.

ISO, 2018. Geosynthetics – Part 1: Terms and definitions, 10318-1:2015 Amendment 1-2018. ISO/TC 221 Geosynthetics.

Jersey, S.R., Tingle, J.S., Norwood, G.J., Kwon, J. and Wayne, M., 2012: Full-Scale Evaluation of Geogrid-Reinforced Thin Flexible Pavements. Transportation Research Record, Journal of the Transportation Research Board, No. 2310, TRB of the National Academies, Washington, USA.

Liu, S., Huang, H. and Qui, T. Kwon J., 2017: Comparative Evaluation of Particle Movement in a Ballast Track  Structure Stabilized with Biaxial and Multiaxial Geogrids. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, No. 2607.

Markiewicz, A., Koda, E. and Kawalec, J., 2022: Geosynthetics for Filtration and Stabilisation: A Review. Polymers. 14. 5492. 10.3390/polym14245492.

Mazurowski, P., Tamrakar, P., Buckley, J. and Kawalec, J., 2023: Full scale trafficking test of aggregate base, flexible pavements stabilised with new coextruded multi shaped generation geogrid, 19th AfPA International Flexible Pavements Conference, Brisbane, Queensland, Australia.

Norwood, G.J. and Tingle, J.S., 2014: Performance of Geogrid-Stabilized Flexible Pavements. Final Report. EDRC/GSL TR-14-28. U.S. Army ERDC, USA.

Robinson, W.J., Tingle, J.S., and Norwood, G.J., 2017: Full-Scale Accelerated Testing of Multi-Axial Geogrid Stabilized Flexible Pavements. Draft Final Report. EDRC/GSL TR-17-X. U.S. Army ERDC, USA.

Robinson, W. J., 2021: Full-Scale Evaluation of Multi-axial Geogrids in Road Applications, Report no. ERDC/GSL TR-21-X, Vicksburg, USA.