skripta4

Obr. 3.8 Postup při instalaci lepeného svorníku (fy Minova Bohemia s.r.o., Ostrava)
3.3 Svorníky a hřebíky kotvené cementovými smě smi
Jsou vhodné i do málo pevný ch a porušený ch hornin, do hornin poloskalních i
do zemin.
• ocelová tyč ze speciální ž ebírkové oceli (SN kotvy) jako u lepený ch svor-
níků příp. z běž né betonářské výztuž e. Urychlená a plastifikovaná cemen-
tová smě s se obvykle čerpá do vrtu před osazením svorníku. Méně č as-
těji se svorník dodateč ně zainjektuje; potom musí bý t tyč doplněna injekč ní
trubič kou. Zvláštním typem je tyč ová zavrtávaná kotva MAI (IBO, TI-
TAN) se ztratnou vrtnou korunkou, injektovaná dutou vrtnou tyčí tvořící
souč asně tělo kotvy (obr. 3.10). Takové svorníky většinou postrádají vol-
nou délku – jsou zcela obaleny cementový m kamenem a mají charakter
hřebíku.
• „Perfo-metoda“ používá jako nosič cementové malty jednodílnou nebo
dvoudílnou perforovanou plechovou trubici (obr. 3.9). Ta se naplní hustou
urychlenou cementovou maltou, vsune se na dno vrtu (obdobně jako lepící
patrona) a zaraž ením kotevní tyč e je malta vytlač ena a spojena s horninou.
Takové svorníky lze předepínat.

Svorníky a hřebíky osazované do cementový ch směsí jsou v případě použ ití
běž ný ch betonářský ch ocelí a při instalaci do vrtu s nač erpanou směsí bezkon-
kurenč ně nejlacinějším výztuž ný m prvkem. V případě krátký ch volný ch délek
mohou nastat potíž e s předepnutím. Jistou nevý hodou je delší doba potřebná
k vytvrdnutí cementové malty.
Obr. 3.9
Plechová perforovaná trubice na
cementovou maltu pro PERFO-
metodu (D. Kolymbas,1998)
Mechanika hornin · Modul 04
- 22 (32) -

Obr. 3.10 Tyčová zavrtá vací kotva (hřebík) MAI (IBO, TITAN) se ztratnou korunkou,
injektovaný přes vrtnou tyč (fy DYWIDAG – Systems International GmbH, München, SRN)
3.4 Svorníky frikční (třecí)
• ště rbinový svorník (typ Split-Set) je ocelová trubka z kvalitní oceli se
štěrbinou po celé délce. Na jednom konci je osazen nákruž ek nesoucí pod-
lož ku, na druhém je zúž en pro snadné zavádění do vrtu (obr. 3.11). Osazení
se děje zaráž ením do vrtu poněkud menšího Ø než je profil trubky. Kotva
se ve vrtu upne po celé délce jako stlač ená pruž ina. Velkou předností této
konstrukce je blesková instalace (10 ÷ 30 vteřin) s okamž itou funkcí. Ne-
vý hodou je mož nost použ ití pouze do pevnějších hornin a vysoká citlivost
na Ø vrtání (především v silně rozpukaný ch horninách). Ø štěrbinového
svorníku bý vá 31 ÷ 45 mm, délky 0,9 ÷ 3,6 m, únosnost 110 ÷ 160 kN.
• hydraulicky upínaný svorník – HUS (typ Swellex) je uzavřený ocelový
průřez z vysokotaž né oceli se zavinutý m prolisem (obr. 3.12a)). Svorník se
zasune do vrtu, připojí přes plnící pouzdro v hlavě na č erpadlo a tlakovou
vodou nebo injekč ní směsí se rozevře (obr. 3.12b) a 3.13). Výhodou je
velmi operativní instalace a mož nost použ ití i v méně pevný ch horninách.
Tento typ svorníků můž e slouž it i jako injektáž ní, když tělo svorníku před-
stavuje pakr (obturátor) uzavírající vrt a v koncovém pouzdře svorníku je
ventil pro vý stup injekč ní směsi do horniny. Délky HUS 1 ÷ 6 m, doporu-
č ené délky 2 ÷ 4 m, doporuč ené Ø vrtání 35 ÷ 38 mm, únosnost cca 100
kN.
Stabilita skalních stěn a kotvení do hornin
- 23 (32) -

Obr 3.11 Štěrbinový svorník (Split Set) fy Ingersol-Rand (E. Hoek, 1995)


3.5 Pramencové, kabelové a tyčové kotvy
Jsou výkonný mi podpěrný mi prvky (300 až 10 000 kN) speciálního zakládání
staveb, urč ený mi především pro kotvení nároč ný ch inž ený rský ch konstrukcí
(např. visuté mosty, přehradní zdi, vysoké stožáry, pažící konstrukce hlubo-
ký ch stavebních jam – obr. 3.1). Používá se řada speciálních, č asto patentova-
ný ch, firemních postupů (obr. 3.14). Kořen(y) kotvy(ev) musí sahat až za po-
tenciální smykovou plochu. Kořeny se vytvářejí různý mi způsoby (např. od-
střelem, speciálním nástrojem, vysokotlakou injektáží – klakáží), nejč astěji
však injektáží přes manž etové trubky. Tato metoda (vyvinutá fy Soletanche) je
použ itelná prakticky do jakéhokoliv horninového prostředí (vč etně nesoudrž -
ný ch zemin). Po vytvoření a vytvrzení kořene je táhlo kotvy předpínáno
s ukotvením v hlavě (obr. 3.15).
Obr 3.12
Osazení hydraulicky upínaného svorníku.
a) zasunutí profilu do vrtu,
b) hydraulické rozevření svorníku

Obr. 3.13
HUS a jeho upíná ní
(fy ANKRA, spol. s r.o. Petřvald u Karviné)
Mechanika hornin · Modul 04
- 24 (32) -

Obr. 3.14 Typy kotev (Zaklá dá ní staveb, Praha)

Velmi moderním typem kotvy je kombinovaná kotva s tahový mi sklolamináto-
vý mi prvky. Spojuje vysokou tahovou únosnost kotevních prvků
s vysokotlakou injektáží prostředí. Tahová pevnost kompozitový ch prvků pře-
vyšuje pevnost oceli cca 1,4x, hmotnost kotev je cca ¼ hmotnosti odpovídají-
cího ocelového prvku, poloměr zakřivení při manipulaci je přibliž ně 10x men-
šínež u oceli, sklolaminátové prvky lze lehce rozrušovat razícími nebo dobý va-
cími stroji a dále tyto kompozity nepodléhají korozi (obr. 3.16, 3.17).
Obr. 3.15
Postup prová dění předepnutých
kotev:
1 – vrtá ní,
2 – vyplnění vrtu cementovou
zá livkou, 3 – osazení kotvy do
vrtu,
4 – injektáž kořene kotvy cemen-
tovou směsí,
5 – předpíná ní kotvy a provedení
průkazných a kontrolních zkou-
šek,
6 – uzavření kotevní hlavy a její
pří padná antikorozní ochrana
(Zaklá dá ní staveb, Praha)
Stabilita skalních stěn a kotvení do hornin
- 25 (32) -


3.6 Kotevní mikropiloty
Prvek speciálního zakládání, používaný obvykle jako tlač ený , pro hlubinné
zakládání. Mikropiloty mohou však být použ ity i jako výkonná kotva. Tělo
piloty je tvořeno silnostěnnou ocelovou trubkou, v úseku kořene svrtanou
v injekč ních etážích, s otvory překrytý mi pruž nou manž etou, která slouží jako
zpětný ventil. Silnostěnná trubka představuje táhlo prvku a slouží i jako trubka
injekč ní (obr. 3.19). Ú nosnost v dobře injektovatelném prostředí můž e dosáh-
nout okolo 100 kN/1 m kořene. Postup provádění mikropiloty je rozveden na
obr. 3.18.
Obr. 3.16 a 3.17
Injektážní sklo-
laminá tové kom-
binované kotvy
(fy Sireg S.p.A.,
Arcore, Italy)
Mechanika hornin · Modul 04
- 26 (32) -

Obr. 3.18 Technologický postup prová dění mikropilot. 2a – zhotovení vrtu rotační
technologií, 2b – vytahová ní vrtného nářadí a vyplnění vrtu zá livkou, 2c –
osazová ní výztuž né silnostěnné ocelové manž etové trubky, 2d – po čá steč-
ném zatvrdnutí cementové zá livky injektáž kořenové čá sti mikropiloty přes
manž etové trubky, 2e – hotová mikropilota (Zaklá dá ní staveb, Praha)

Obr. 3.19 Charakteristický řez mikropilotou (Zaklá dá ní staveb, Praha)
Stabilita skalních stěn a kotvení do hornin
- 27 (32) -
3.7 Efekt kotvení (svorníkování) a návrh kotev (svor-
níků)
je patrný z obr. 3.20. Účinkem předepnuté svorníkové výstroje je vytvořen
nosný stropní prvek (resp. klenba) nad podzemním vý rubem. Efekt kotvení při
zajištění skalních stěn byl uveden v předchozí kapitole. Podle zkušeností bý vá
běž ná délka svorníků cca 1/3 šíř ky vý rubu, jejich rozteč potom cca ½ délky (tj.
1/6 šíř ky vý rubu).

Obr. 3.20 Modely fungová ní prokotveného horninového tělesa (fy DYWIDAG – Gm-
bH, München, Deutschland)

U hornin s výrazný mi směry a sklony ploch odluč nosti je nutné směr kotvení
upravit tak, aby úhel svorníku vůč i plochám diskontinuity byl co nejstrmější
(nejlépe 90°, minimálně 45°)!

Návrh délky upnutí kotev (svorníků):
• u mechanicky upínaných svorníků zakotvený ch do únosné vrstvy, za líc
horninové klenby nebo za předpokládanou nebezpeč nou smykovou plochu
se stanoví délka upnutí z podmínky , ž e odpor proti vytrž ení musí bý t větší
než vlastní pevnost svorníku. Předpokládá se, ž e zakotvení je úč inné a ne-
dojde k prokluzu. Zkoušky ukázaly, ž e pevná celistvá hornina se kotvou
vytrhne ve tvaru kulového vrchlíku. U rozpukané horniny se při vytrž ení
uplatňují přirozené plochy diskontinuity. Kulový vrchlík výtrž e u celist-
vý ch hornin lze nahradit přibliž ně kuž elem s vrcholový m úhlem 90° v mís-
tě upnutí svorníku. Tento kuž el má vž dy menší základnu než kulový vrch-
lík - vypoč tená délka upnutí v sobě zahrnuje urč itou bezpeč nost (obr. 3.21):
Mechanika hornin · Modul 04
- 28 (32) -

Z podmínky: hut
lS tps
°= 45cos
2
(3.1)
dostáváme pro hloubku upnutí: h tu
Sl
t
s22,0=
(3.2)
kde: S průřezová plocha svorníku
σt pevnost materiálu svorníku v tahu
τh smyková pevnost horniny

V případě, ž e vrcholový úhel kuž ele výtrž e označíme obecně α, platí pro
délku zakotvení:
apt
sa
sincos h
t
u
Sl =
(3.3)

• u kotev upínaných tmelem (pryskyřicí nebo cementovou maltou) je
nutné posoudit i další dva mož né způsoby porušení:
o porušení soudrž nosti mezi kotevní tyčí a tmelem
o porušení soudrž nosti mezi tmelem a horninou.
V obou případech se odpor proti vytrž ení musí rovnat minimálně silám zís-
kaný m ze statického posouzení systému, upravený m stupněm bezpeč nosti.
U doč asný ch konstrukcí se stupeň bezpeč nosti pož aduje v hodnotě 1,3 ÷
1,5, u trvalý ch konstrukcí 1,5 ÷ 1,8. Přibliž né řešení vychází ze vztahů 3.4
a 3.5 (obr. 3.22):
Obr. 3.21
1 – plocha kulového vrchlíku,
2 – kuž elová plocha
(J. Bartá k – M. Bucek, 1989)
Stabilita skalních stěn a kotvení do hornin
- 29 (32) -

Obr. 3.22 Schéma kotvy upnuté do horniny tmelem (J. Bartá k – M. Bucek, 1989)

Bezpeč nost proti vytrž ení kotvy z tmelu:
)8,13,1(
1
´
÷≥=
A
au
F
dnl pth
(3.4)
kde: lu´ délka upnutí kotvy v tmelu
n poč et tyčí (drátů, pramenců) v jednom vrtu
τa smyková pevnost (soudrž nost) mezi tmelem a táhlem
kotvy, závislá na typu tmele a drsnosti povrchu kotvy
d1 Ø táhla kotvy
FA síla působící v kotvě.

Bezpeč nost proti usmyknutí mezi tmelem a horninou:
)8,13,1(
2
´´
÷≥=
A
bu
F
dl pth
(3.5)
kde: lu´´ d élka kořene kotvy
τb smyková pevnost (soudrž nost) mezi tmelem a horninou
d2 Ø ideálního válce opsaného kořenu kotvy
FA síla působící v kotvě.
Vž dy je nutné posoudit oba případy souč asně a uvaž ovat z délek lu´ a lu´´ tu
větší.

Délka zakotvení do únosné vrstvy, za líc horninové klenby nebo za předpo-
kládanou nebezpeč nou smykovou plochu se stanoví stejně jako u mecha-
nicky upínaný ch svorníků; předpokládaná výtrž vychází od č ela kořene
kotvy (obr. 3.23):
Mechanika hornin · Modul 04
- 30 (32) -

Je-li délka kořene kotvy urč ena jako větší z obou hodnot lu´ a lu´´, mohlo by
dojít k vytrž ení kotvy právě vzhledem k nedostateč né délce zakotvení lu.
Celková délka kotev pak vychází lk = ls + lu + (lu´ nebo lu´´) (3.6).
Pozn.: Teoretické řešení mechanismu vytržení v upnutí paty svorníku
(kotvy) z vrtu je obtížné a závisí na typu upnutí. Vzhledem k řadě
zjednodušujících předpokladů dává jen orientační (teoretické)
hodnoty. V konkrétních případech je žádoucí stanovit únosnost
paty svorníku (kotvy) zkouškami in situ.





Kontrolní otázky
Stabilita skalních stě n
Zá kladní typy porušení stability skalních stě n
Faktory ovlivňující stabilitu skalních stě n a svahů
Řešení stability skalní stě ny (svahu) – klínová metoda
Kotvy a kotvení do hornin – princip, zá kladní pojmy, životnost, materiá l
Nejpouží vaně jší typy kotev a svorníků
Efekt kotvení (svorníková ní) a ná vrh kotev (svorníků)
Kontrolní otá zky či otá zky k zamyšlení opě t uvést odsazeně , kurzívou, se
svislou čarou podél textu otá zky. Stačí jim přiřadit styl „Otá zka“.

Obr. 3.23
1 – plocha kulového vrchlíku,
2 – kuž elová plocha
(J. Bartá k – M. Bucek, 1989)
Závěr
- 31 (32) -
4 Závě r
4.1 Shrnutí
Ve č tvrtém modulu studijních podpor pro předmět „BF05 – Mechanika hornin“
je student seznámen s problematikou stability skalních těles (stěn a svahů
v horninách). Podrobně je zde pojednáno o typech porušení skalních stěn jako i
o faktorech, které tuto stabilitu ovlivňují. Vysvětleny jsou zde dále i základní
metody pro posouzení stability („klínová metoda“). Pro zajištění nestabilních
skalních těles je v souč asnosti běž ně používána moderní metoda jejich kotvení.
Proto je zde rozvedena nomenklatura jednotlivý ch používaný ch kotevních
prvků (kotvy, svorníky a hřebíky a jejich typy) a je poukázáno i na aspekty
jejich dimenzování.
4.2 Studijní prameny
4.2.1 Seznam použité literatury
[1] Barták, Jiří, Bucek, Miloš: Podzemní stavby. ES ČVUT, Praha, 1989
[2] Goodman, Richard E.: Engineering Geology. John Wiley & Sons, 1993
[3] Hobst, Leoš, Zajíc, Josef: Kotvení do hornin. SNTL-Alfa, Praha, 1975
[4] Chamra, Svatoslav, Pacovský , Jaroslav: Mechanika hornin a inženýr-
ská geologie, pomůcka pro cvičení. ES ČVUT, Praha, 1990
[5] Kolymbas, Dimitrios: Geotechnik – Tunnelbau und Tunnelmechanik.
Springer, 1998
[6] Malgot, Jozef, Klepsatel, František, Trávníč ek, Ivan: Mechanika hor-
nín a inžinierska geológia. Alfa, Bratislava, 1992
[7] Pavlík, Jiří: Geotechnické způsoby určová ní stability skalních stě n.
SNTL, Praha, 1981
[8] Pruška, Jan: Geomechanika. Mechanika hornin. Vydavatelství ČVUT,
Praha, 2002
[9] Trávníč ek, Ivan, Hrdý , Josef: Mechanika hornin. SNTL, Praha, 1977
[10] West, T. R.: Geology Applied to Engineering. Prentice Hall, New Jer-
sey, 1995
[11] Záruba, Quido, Mencl, Vojtěch: Sesuvy a zabezpečová ní svahů. Aca-
demia, Praha, 1987





Mechanika hornin · Modul 04
- 32 (32) -
4.2.2 Odkazy na další studijní zdroje a prameny
[12] Hoek, Evert: Practical Rock Engineering, 2000
( http://www.rockscience.com/hoek/PracticalRockEngineering.asp )
[13] TUNNELS and SHAFTS in ROCK, Civil Engineering Manuals (US
Army) EM 1110-2-2901. 1997
(http://www.usace.army.mil/publications/eng-manuals/em1110-2-
2901/toc.htm )
[14] Ankra s.r.o. (kotevní technika)
( www.ankra.cz )
[15] ATLAS COPCO (kotvy a kotvení) ( www.rockreinforcement.com )
[16] MINOVA Bohemia (materiály a zařízení pro vrtání a kotvení)
( www.minova.cz )
[17] Rock Mechanics and Rock Engineering
( http://www.springerlink.com/content/1434-453X/ )
[18] Electronic Journal of Geotechnical Engineering (http://www.ejge.com )