Navrhování zemních kotev

Vstupní parametry pro návrh

1. Inženýrsko-geologický průzkum lokality, vč. mechanických parametrů zemin
2. Svislá výška, sklon, tvar konstrukce v koruně a v patě
3. Existence pórového tlaku vody
4. Zatížení v koruně konstrukce
5. Existence inženýrských sítí v konstrukci
6. Jde o seizmicky citlivou oblast?
7. Hloubka a průběh smykové plochy
8. Jaká je návrhová životnost konstrukce?
9. Majetkoprávní dopady, hranice pozemku, zábory stavby

Základní pravidla návrhu

Rastr kotev se zpravidla navrhuje trojúhelníkový, s roztečemi min. 1,2 m, tak aby nedocházelo k vzájemnému ovlivňování kotev. Sklon kotev se standardně navrhuje kolmo na povrch svahu nebo konstrukce. Maximální délka kotev obvykle nepřesahuje 10 m, tato délka je z pohledu technologie instalace těchto prvků zpravidla limitní.

Další limitou návrhu je průchodnost zemního prostředí, především z hlediska pevnosti zeminy. Aplikace do skalního horninového prostředí není možná a je nutné řešit konvenční technologii např. horninových kotev, nebo hřebíkování. Inženýrsko geologický průzkum je pro tyto aplikace nezbytný, ideálně pak se současným provedením testovacích typových kotev za účelem ověření prvotního návrhu řešení.

Dimenzování kotvy

Návrh je z geotechnického hlediska relativně přímočarý a odehrává se ve dvou paralelních rovinách. První je momentová a silová rovnováha konstrukce nebo její části, např. stabilita zářezového svahu v nenormovém sklonu, ze které standardně vyplyne požadavek na délku, rastr a pevnost kotev (konkrétně táhla kotev). Postup návrhu vychází ze standardní teorie mezních stavů, které se ověřují výpočtem, metodou dílčích součinitelů, a to v souladu s příslušným Návrhovým přístupem dle ČSN EN 1997-1, standardně je rozhodující NP3.

Druhou rovinou je návrh vlastních kotev, které jsou ve vztahu k ČSN EN 1997-1 kotvami osově zatíženými. Ověření mezních stavů se v první fázi návrhu vždy provádí výpočtem podle Návrhového přístupu 1, kombinace 1. K porušení kotvy může dojít jedním z následujících mechanismů:

• Porušení kořene kotvy (materiálově a tvarově je navržen tak, aby nepředstavoval slabé místo kotvy).
• Porušení táhla kotvy (táhlo se ve své podstatě neliší od jiných systémů horninových kotev, může být pramencové nebo tyčové).
• Vytažení kotvy (porušení zeminy smykem).

Porušení vytažením kotvy je zásadní pro návrh, tzn. kořen musí být navržen tak, aby síla do něj přenášená nepřekročila smykovou pevnost zeminy, ve které je zakotven. Odpor kořene proti vytržení je řízený mechanismem únosnosti podle Terzaghiho, resp. podle Skemptona, kde jsou, v závislosti na podmínkách napjatosti základové půdy, zcela klíčovými faktory tíha nadloží a smyková pevnost zeminy.

V posledních dvaceti letech bylo vydáno mnoho národních dokumentů popisujících Návrhové metodiky, Specifikace a Konstrukční detaily kotev. Mnoho z nich bylo nahrazeno Eurokódem 7 Navrhování geotechnických konstrukcí a EN 14490 Provádění speciálních geotechnických prací – Hřebíkování zemin.

Únosnost kotvy

Únosnost kotev se odvíjí od velikosti kořene, průměru táhla a způsobu ukončení v hlavě kotvy, a dále od vlastností zeminy, ve které je kořen kotvy umístěn. Výpočtový odpor kotvy se stanoví jako nejmenší z hodnot charakteristických odporů (porušení kořene, porušení táhla, vytržení) redukovaný o příslušné dílčí součinitele.

V návrhu kotvy se stanoví tzv. průkazní odpor, jehož hodnota odpovídá 50% rozmezí mezi výpočtovým a charakteristickým odporem kotvy. Ačkoliv se návrhový odpor kotev u běžných aplikací standardně pohybuje v řádu desítek kN, prakticky je možné dosáhnout hodnot i přes 100 kN a je tak možné řešit i náročnější geotechnické konstrukce (sesuvy, stavební jámy apod.).

Životnost zemních kotev

Návrhová životnost kotevního systému závisí na použitém základním materiálu a povrchové úpravě jednotlivých komponent. Systém může být vyroben jako dočasný, s životností do 5 let, nebo jako trvalý, s životností až 120 let. Předpokládaná životnost systému je ovlivněna agresivitou zemního prostředí, ve kterém je systém umístěn. Standardním materiálem v obvyklých podmínkách je u kořene difuzně zinkovaná ocel (CI) pro životnost minimálně 60 let nebo hliníkový bronz (AB) pro životnost 120 let. Materiál táhel (pramencových, tyčových) a příslušenství se standardně vyrábí z nerezové oceli (SS) s životností 120 let.