Hlavní směry v geotechnice

Rok 2003 byl pro domácí geotechniky rokem přelomovým, neboť v důsledku konání XIII. Evropské konference Mezinárodní společnosti pro mechaniku zemin a geotechnického inženýrství (EC ISSMGE) v Praze koncem srpna zde byly šance přímé konfrontace nejen se současným stavem v Evropě a i v celosvětovém měřítku, ale i s hlavními směry vývoje tohoto oboru v budoucnosti. Již nyní je možno konstatovat, že náš obor vyšel z tohoto porovnání, především v praktické aplikaci, velmi dobře a současně se ukázalo, že hlavní směry vývoje jsou i jakýmisi trendy nejen v celé sféře inženýrského stavitelství, ale v mnoha směrech i v oblasti ochrany životního prostředí.

Poslední větu bylo možno použít s ohledem na fakt, že geotechnika má v principu několik rolí. Jelikož se věnuje interakci zeminového a horninového prostředí s vlastní stavební konstrukcí (nejčastěji v základové spáře), je minimální znalost geotechniky nutnou podmínkou pro všechny stavební inženýry. Na druhé straně se věnuje typickým geotechnickým stavbám či geotechnickým konstrukcím, kde zemina či hornina je základním a nejčastěji používaným stavebním materiálem nebo prostředím, v němž je konstrukce realizována, z nichž do popředí vystupují podzemní stavby (tunely, metro, kolektory) či zemní konstrukce, ať již dopravních staveb (násypy, zářezy), vodních staveb (sypané přehrady, ochranné hráze, suché poldry) či pozemních staveb (uměle připravené podloží velkých hal, prodejen, skladišť).

Význam ochrany životního prostředí vystupuje stále více do popředí. Tento aspekt je zesílen skutečností, že v mnoha případech došlo ke kontaminaci v důsledku různé aktivity s nebezpečnými látkami na zemském povrchu či v důsledku ukládání různého odpadu do přímého kontaktu s tímto prostředím, ať již prostřednictvím různých povrchových skládek, výsypek, odkališť či podzemních úložišť.

Je tedy zřejmé, že úloha geotechniky má stále více rozšiřující se tendenci, nejde jen o klasický návrh stavební konstrukce, ale i dopad této konstrukce na životní prostředí. Geotechnika tak má mnoho co říci do procesu EIA - hodnocení vlivu staveb na životní prostředí, neboť v tomto procesu je jedním z hlavních kritérií vliv na horninové prostředí včetně podzemních vod.

XIII. Evropská konference ISSMGE 2003

Evropská konference ISSMGE se konala v Praze v posledním srpnovém týdnu. Poprvé v téměř padesátileté historii těchto konferencí bylo její pořádání svěřeno některé ze zemí tzv. bývalé střední a východní Evropy, a to na základě tajného hlasování u příležitosti poslední XII. EC v Amsterodamu konané před 4 roky, kde ČR zvítězila nad dalšími kandidáty - Francií a Švýcarskem. Před dvěma lety byl význam konference dále povýšen, neboť zástupci všech zemí opět v tajném hlasování o místě konání schůzí nejužšího vedení ISSMGE (Board Meeting) a zástupců delegátů z členských zemí (Council Meeting) dali přednost Praze před Bostonem. Vítězství lze přisoudit nejen geografické poloze Prahy v Evropě a jejím historickým památkám, ale především rozpracovanosti přípravy konference i formou tištěných materiálů připravených Českou geotechnickou společností ČSSI a Českým a Slovenským národním výborem pro mechaniku zemin a zakládání staveb, kde bylo již blížeji specifikováno hlavní téma konference: Geotechnical problems with man - made and man influenced grounds (Geotechnické problémy spojené s podložím - základovou půdou - vytvořenou či ovlivněnou lidskou činností).

Program konference se postupně upřesňoval ve spolupráci s nejužším vedením společnosti - prezidentem ISSMGE, viceprezidentem pro Evropu a zahraničním poradním výborem. Velkou výhodou pro Organizační výbor byla domácí podpora jak z institucionální úrovně, tak z úrovně firemní. Konference se tak konala pod záštitou primátora Prahy a za podpory MMR ČR, MŽP ČR, MPO ČR, rektora ČVUT, předsedy ČKAIT, prezidenta ČSSI a dále nejvýznamnějších stavebních firem. Největší a přímou podporu měl Organizační výbor od Fakulty stavební ČVUT, neboť pracovníci a doktorandi katedry geotechniky zde sehráli nezastupitelnou roli.

Vlastní konference obsahovala tyto bloky:
• Aktivity ISSMGE - schůze prezidentů tzv. sesterských společností - ISSMGE a ISRM (Společnosti pro mechaniku hornin) a IAEG (Asociace inženýrských geologů) : 22.8, Board Meeting (23. 8.), Council Meeting (24. 8.) a Council Meeting Evropských společností (25. 8.) - kde bylo rozhodnuto, že příští konferenci v roce 2007 uspořádá Španělsko.
• Workshopy
• Vlastní technický program konference mezi 25. -28. 8. v Pražském kongresovém centru obsahoval 6 hlavních sekcí, 2 speciální přednášky a 3 přednášky vyzvané, dvě odpolední přednášky byly věnovány posterovým sekcím, aby všichni, kdo poslali příspěvek na konferenci, měli možnost ostatní seznámit se svými poznatky - po dobu programu v rámci areálu vystavovalo své aktivity 44 firem, převážně zahraničních..
• Technické exkurze -10ti různých tras jak v rámci Prahy, tak mimo Prahu
• Společenský program
• Program pro doprovodné osoby

Před vlastní konferencí byly vytištěny 4 díly sborníku (první 2 díly obsahovaly 330 příspěvků od členů jednotlivých národních společností, v díle 3 byla předem napsaná vystoupení jednotlivých aktivních osob na konferenci, v díle 4 lze najít 18 komplexních domácích příspěvků popisujících detailně nejvýznamnější aktivity v geotechnice za poslední období - např. od problémů spojených se stěhováním kostela v Mostě, přes sanaci skládek (Neratovice, Chabařovice), až po zakládání v prolukách v Praze či výstavbu silničních městských tunelů. Na těchto příspěvcích se podílela velká skupina odborníků. Všechny příspěvky obsahuje CD ROM verze.

Hlavní sekce vlastní konference projednávaly následující okruhy:

MS 1 - Odpady uložené na zemském povrchu - průzkum, mezní stavy těchto umělých zemních konstrukcí, dopad na životní prostředí, riziková analýza, odpoledne členěna do DS 1.1. až 1.3. - skládky, výsypky, odkaliště včetně hydraulických náplavů

MS 2 - Kontaminovaná zemina - sanace a příprava pro novou výstavbu - průzkum kontaminovaných území, sanační technologie, určení geoenvironmentálního rizika - odpoledne členěny sekcí - modelování pohybu kontaminace, ochranné bariéry založené na jílových minerálech a remediační technologie

MS 3 - Výstavba na pozemcích vytvořených lidskou činností a na brownfieldech - specifické problémy výstavby na brownfieldech, konstrukce na umělých zemních tělesech, techniky zlepšování těchto netypických podloží s příklady o výstavbě v londýnských docích či výstavby letiště u Osaky na umělých náplavech v mořské zátoce, odpoledne členěna do sekcí pojednávajících o zkušenostech s výstavbou na brownfieldech, mezních stavech deformace umělých těles včetně nových základů a konstrukčních technologií z pohledu zakládání aplikovatelných na tyto případy

MS 4 - Zakládání staveb v městských poměrech - vliv nové výstavby na existující pilotové základy, zakládání v otevřených jamách, výstavba na poddolovaném území, na interakci s okolím - plošné založení, podzemní stavby a nové konstrukční technologie

MS 5 - Geotechnické inženýrství v městských poměrech - řízení rozsáhlých geotechnických projektů, výstavba tunelů v měkkých zeminách, dopravní infrastruktura, problémy při výstavbě s neočekávanými situacemi (staré studny, hroby, podzemní prostory, bomby apod.) - odpoledne diskuse zaměřena na fyzikální a numerické modelování, význam vstupních dat a na aplikace observační metody

MS 6 - Spolupráce v Evropě - projekty podporované Evropskou rozvojovou bankou, EU či NATO s praktickými příklady

Zvláštní postavení měly speciální přednášky, neboť reprezentovaly dvě základní oblasti projednávané na konferenci.

SL 1 - Rekonstrukce centrálního Berlína (prof. Nussbaumer)

SL 2 - Úloha geotech. inženýrství při využití jaderné energie (prof. Gens) (v mnoha směrech jsme připraveni některé problémy řešit, a to i problém ukládání vyhořelého jaderného paliva elektráren).

Byl dán prostor i našim specialistům - Ing. Romancov hovořil o interakci loňských povodní s metrem v Praze a Dr. Čermák o rekonstrukci základů dvojčat Světového obchodního centra v New Yorku. Konference se zúčastnilo přes 600 delegátů.

Další rozvoj oboru

Z jednotlivých vystoupení i následné diskuse na konferenci vyplynuly určité tendence pro další rozvoj oboru, které současně potvrdily, že zvolené téma bylo vhodné a že oslovilo velký počet profesních kolegů z celého světa.

Oblast klasické geotechniky

V oblasti klasické geotechniky jde především o interakci vlastní stavby se zemním prostředím, ale i se sousedními objekty. Toto platí především pro hustou městskou zástavbu, kde tato interakce je téměř prioritní, a dále pro určitou tendenci směřovat nové stavby do míst se složitějším a problematičtějším podložím. Nové stavby na drahých městských pozemcích obecně respektují výšku nadzemní části stavby, ale s ohledem na půdorys i podzemní část se snaží využít možnosti co nejvíce. Tím je interakce se sousedními budovami a často i s podzemní vodou stále složitější. Je třeba si uvědomit, že každou změnou napjatosti - ať již odlehčením při výkopu stavební jámy či přitížením po dokončení stavby - dojde ke změně napjatosti i v podzákladí sousedních objektů. Tyto objekty tak vždy určitým způsobem ovlivníme. Jde však o to, aby toto ovlivnění bylo v akceptovatelných mezích, nejraději neprojevující se viditelně na povrchu sousední stavby, byť jen např. vlasovými trhlinkami. Tuto složitou interakci je třeba dopředu modelovat, ať již pomocí fyzikálních či numerických modelů, přičemž věrohodnost závisí na věrohodnosti vstupních geotechnických dat použitých do těchto modelů. Citlivost interakce současně vede k rozvoji prováděcích technologií a k větší aplikaci observačních metod sledujících během realizace odezvu (horninového prostředí či sousední stavby) na prováděné technologické kroky. Tato fáze je obzvlášť citlivá na provádění podzemních staveb v městské zástavbě. Zde lze jednoznačně sledovat trend většího využití podzemí pro infrastrukturu, což však vede k rostoucím nárokům na výše uvedenou interakci a vytváří mnoho nových otázek, např. jak nakládat s vytěženou zeminou či horninou při těchto pracích.

Oblast environmentální geotechniky

Tato oblast se oficiálně deklarovala před cca 10 lety na první konferenci v Edmontonu 1994. Mezi hlavní směry patří ukládání odpadů, neboť geotechnika sleduje vlastnosti těchto odpadů s využitím poznatků mechaniky zemin, posuzuje nově vzniklé zemní konstrukce skládek, odkališť, výsypek z pohledu klasických mezních stavů zemních konstrukcí, jako stability, deformace, eroze na straně jedné, na straně druhé posuzuje nebezpečí kontaktu uloženého odpadu se zemním prostředím, a proto buduje ochranné bariéry, často na bázi jílových minerálů. Jak pro tyto případy, tak i pro již existující případy kontaminace zeminového a horninového prostředí, často označované jako staré ekologické zátěže, posuzuje potenciální nebezpečí šíření kontaminace v čase a prostoru a jeho potenciální rizikovost, navrhuje sanační opatření, ať již formou odizolování zdroje kontaminace ve formě geokontejnmentu či pomocí sanačních metod vedoucích ke snížení míry kontaminace. Všechny tyto činnosti vyžadují stavební povolení a jsou nyní předmětem zájmu mnoha firem, neboť v důsledku velkého počtu starých zátěží tato oblast reprezentuje velmi zajímavý trh. Do kategorie environmentální geotechniky spadá i oblast využití odpadních materiálů, nejčastěji do zemních konstrukcí.

Určitým propojením klasické a environmentální geotechniky se stává otázka podstatně většího využití již dříve použitých a často lidskou činností znehodnocených pozemků - brownfields - pro novou výstavbu. Sleduje se tak obecný trend snížení nové výstavby na zelené louce - greenfields, který zajišťuje průzkum těchto území, klade mnoho nových specifických problémů, v případě potřeby navrhuje sanaci, rekultivaci pozemku a následně řeší otázku založení nových objektů, kde se střetává s nestandardními změnami podloží, ať již fyzikální povahy (například časové dotvarování materiálu - pro nás typická problematika zakládání nových staveb na výsypkách v severočeské hnědouhelné pánvi) či povahy chemické a biologické. Zde je zajímavá otázka budoucího využití starých základů poslední zástavby před jejich likvidací. V oblasti brownfields, kterou lze chápat jako obecně prospěšnou a která představuje významnou oblast stavebnictví v budoucnosti, hraje a bude hrát geotechnika jednu z nevýznamnějších rolí.

Existuje však ještě jedna oblast propojení obou hlavních tváří geotechniky, a tou jsou přírodní katastrofy. Otázka přírodních katastrof je problémem celosvětovým, o čemž svědčí poslední dekáda minulého století, která byla tomuto problému věnována. Do této kategorie lze řadit například zemětřesení, sopečnou činnost, skalní zřícení, sesuvy svahů, laviny, vodní a větrnou erozi, povodně, tsunami, tajfuny, hurikány. Možná právě z toho důvodu, že mnohá nebezpečí nejsou pro naši zemi typická, se tomuto problému nevěnovala přiměřená pozornost, a to ani po prvních povodních na Moravě v roce 1997. Loňské povodně však mohou přinést významnější změnu v pohledu na tento problém, který je v mnoha ohledech spojený s definováním tzv. akceptovatelného rizika. V principu nemůžeme úplně vyloučit zástavbu a pobyt lidí v oblastech, které mohou být zasaženy výše uvedenými přírodními riziky, a proto je třeba definovat míru rizika a pro ni definovat potřebná opatření. Například u seizmicky citlivých oblastí s vysokou pravděpodobností silného zemětřesení jde jak o výzkum možností včasného varování, tak o definování technických opatření staveb zajišťujících jejich stabilitu i za doplňkového seizmického zatížení. Přitom je paradoxem doby, že technická opatření budou různá podle finanční síly, a tak do úvah nutně vstupuje cena lidského života v té které oblasti světa. Podobná situace je i z pohledu povodní, ať již se na problém díváme z pohledu staveb v záplavové oblasti či z pohledu vlastních vodohospodářských staveb. V prvém případě kromě definování rozsahu a pravděpodobnosti, že určité území bude zaplaveno, vstupují do úvah otázky vnější ochrany (např. ochranné hráze, dočasná protipovodňová ochranná bariéra) i otázky vlastní ochrany stavby tak, aby její kontakt s povodní na ni měl minimalizovaný dopad. Teprve v krajním případě půjde o opuštění stavebního pozemku. Hledání optima ochrany je opět funkcí našich znalostí o daném problému. Spočívá především v efektivnosti volby ochrany - při jejím předimenzování mohou být náklady na její zřízení i podstatně vyšší než potenciální budoucí škody vzniklé bez její realizace. Naopak při poddimenzování, a tím nedostatečné ochraně, mohou být škody opět velmi vysoké. Proto je tak významné vyhodnocení poznatků z každé přírodní katastrofy. Pro stavebního inženýra zvlášť, neboť dnešní navrhování konstrukcí se realizuje na principu mezních stavů. Poslední dvě povodně (1997 a 2002) svým způsobem představovaly tento mezní stav, avšak zpětná analýza porušených staveb je v mnoha ohledech problematická, neboť ne vždy a všude se toto mezní zatížení dostatečně zdokumentovalo.

Otázka rizika se tak dostává do popředí v geotechnice obzvlášť. Jde o riziko správného ocenění zeminového a horninového prostředí - průzkumné práce nikdy nemohou stoprocentně vystihnout variabilitu tohoto prostředí. Obdobné je to s materiálovými vlastnostmi, se zatížením apod. Proto současný trend, např. v oblasti Eurokódů pro navrhování konstrukcí, především EC 7 pro navrhování geotechnických konstrukcí, přichází s doporučením rozsahu dílčích součinitelů spolehlivosti a je na jednotlivém státě, aby rozhodl o jejich výběru z doporučeného rozsahu. Toto rozhodnutí však bude mít často povahu politickou, neboť je rozhodnutím nejen s ohledem na naše dosavadní znalosti, ale i určitým vyjádřením ekonomické síly společnosti.

Závěr

Role geotechniky obecně vzrůstá, protože se týká téměř všech stavebních inženýrů, ale stále větší roli hraje při ochraně životního prostředí a při posuzování vlivu staveb na toto prostředí. Významnou úlohu sehrává v oblasti přírodních katastrof, kde otázka správného ocenění rizika může přinést mnoho výhod a svým způsobem je přejímána i při návrhu všech geotechnických konstrukcí. Výstavba na brownfields se bude v nejbližší budoucnosti nejrychleji rozvíjet, neboť se zde propojují směry klasické geotechniky s geotechnikou environmentální, a to vždy v těch nejnáročnějších oblastech.

Prof. Ing. Ivan Vaníček, DrSc. předseda České geotechnické společnosti