Vliv geodynamických jevů na liniové inženýrské stavby

Masarykova univerzita Přírodovědecká fakulta Ústav geologických věd

Vliv geodynamických jevů na liniové inženýrské stavby Bakalářská práce

Karolína Faktorová

Vedoucí práce: Mgr. Martin Knížek, Ph.D.

Brno 2015

Bibliografický záznam

Autor: Karolína Faktorová Název práce: Vliv geodynamických jevů na liniové inženýrské stavby Studijní program: Geologie Studijní obor: Geologie Vedoucí práce: Mgr. Martin Knížek, Ph.D. Akademický rok: 2014/2015 Počet stran: 27 Klíčová slova: Vnější Západní Karpaty, zlínské souvrství, stabilita svahu, sesuv, Pettersonova metoda, Biskupice

Bibliographyc Entry Author: Karolína Faktorová Title of Thesis: The influence of geodynamic phenomena on line engineering works Degree programe: Geology Field of study: Geology Supervisor: Mgr. Martin Knížek, Ph.D. Academic year: 2014/2015 Number of Pages: 27 Keywords: slope stability, landslide, Petterson method, Zlín formation, Biskupice village

Abstrakt První část práce se věnuje zjištění geologických a hydrologických podmínek v okolí obce Biskupice u Luhačovic. Dále upřesňuje jejich inženýrskogeologické vlastnosti a zhodnocuje geologickou situaci na daném území. V další části práce je volena vhodná metoda výpočtu stability pro daný svah (v tomto případě Pettersonovu proužkovou metodu) a následně jsou provedeny výpočty. Na základě vypočtených hodnot je stanoven stupeň stability svahu v rozmezí 1,26-1,36. V diskuzi je zhodnoceno, že není možné zachovat plynovod ve stávající poloze a je navržena přeložka tohoto vedení mimo sesuvné území.

Abstract The first part of this work focuses on the geological and hydrological conditions around the village Biskupice near Luhačovice. Also clarifies their engineeringgeological properties and evaluates the situation in the territory. The next section is chosen a suitable method for calculating the slope stability (in this case the band Petterson method) and subsequently performed calculations. Based on the calculated values is determined by the degree of slope stability in the range of 1.26 to 1.36. The discussion is appreciated that it is not possible to maintain the pipeline in its current position and proposed rerouting of the line outside the landslide.

Prohlášení Prohlašuji, že jsem svoji bakalářskou práci vypracovala samostatně s využitím informačních zdrojů, které jsou v práci řádně citovány.

V Brně dne 7. května 2015

…………………………………………………. Karolína Faktorová

Předmluva Se sesuvy a svahovými pohyby se setkáváme takřka denně. Jedná se o jevy, které vznikají jak přírodní, tak antropogenní cestou. Řešení stability svahu je nutné u obou typů. Při porušení stability svahu může dojít k pohybu po svahu a vzniká sesuv. V našich podmínkách je největším činitelem gravitace, obvykle za spolupůsobení vody či ledu. U antropogenních sesuvů v našem okolí, můžeme za hlavní příčinu vzniku, považovat výstavbu nových sídel a komunikací, často v oblastech, které dříve sloužili k zemědělské činnosti apod. Přírodní sesuvy jsou časté v oblastech s různou geologickou stavbou podloží. Zejména kontrast rozdílných geomechanické vlastnosti vrstev, např. zemin s vysokou nasákavostí, střídání propustných a nepropustných hornin. Mimo geologie má výrazný vliv i morfologie, především v horském prostředí, kde platí, že čím vyšší sklon svahu, tím vyšší riziko nestability. Této problematice je třeba se věnovat, protože tato rizika a jejich následky mohou ohrožovat technická díla i lidské životy. Snažíme se předcházet vzniku těchto pohybů a zmírnit tak ekonomické, hospodářské a společenské ztráty. Vliv svahových pohybů na okolí má čistě regionální účinky, avšak jejich velikost záleží na morfologických, antropogenních, případně erozních faktorech. Našim cílem je nalezení nejnebezpečnější kritické smykové plochy a posouzení stability na daném svahu. Vlastnosti každého sesuvu se odvíjejí od morfologických znaků a oblastních charakteristik (např. markantní rozdíly teplot, vydatnost srážek, vlastnosti podloží…). Naše území má převážně kopcovitý charakter, ve kterém můžeme pozorovat výrazné přechody hornin, tedy změnu vlastností v různých prostředích a v různých směrech. Pestrá je i hustota osídlení a rozmístění průmyslových center. Je tak nutné budování a rekonstrukce komunikací, zdokonalování rozvodných systémů a dalších návazných technických děl. Jedná se tedy o zásahy do krajiny, které mohou narušit přírodní systémy. V návaznosti na změnu prostředí ve svahových oblastech, pak může docházet k narušení technických děl.

Poděkování Na tomto místě bych ráda poděkovala mému školiteli Mgr. Martinu Knížkovi, Ph. D., za vedení, věnovaný čas, konstruktivní kritiku, obrovskou pomoc a poskytnuté informace. Také bych chtěla poděkovat Mrg. Lubošovi Sokolovi za pomoc a rady, a mým rodičům za podporu.

Obsah 1. Úvod ............................................................................................................................................ 8 2. Zájmové území ............................................................................................................................ 9 2.1 Lokalizace .................................................................................................................... 9 2.2 Geologické pozice studovaného území....................................................................... 10 2.3 Hydrologeologické poměry ......................................................................................... 12 3. Stabilizační opatření na svahu u zemin .................................................................................... 13 3.1. Odvodnění ................................................................................................................... 13 3.2. Protierozní ochrana svahů.......................................................................................... 14 3.3. Zpevňování zemin ....................................................................................................... 15 3.4. Úprava tvaru svahu ..................................................................................................... 15 3.5. Technologická stabilizační opatření .......................................................................... 15 3.6. Zvláštní opatření ......................................................................................................... 15 4. Metodika .................................................................................................................................... 16 5. Zhodnocení sesuvného území ................................................................................................... 19 5.1. Výpočet stupně stability ..............................................................................................20 6. Zhodnocení dosažených výsledků ............................................................................................ 22 7. Navrhovaná opatření ................................................................................................................. 23 8. Závěr ........................................................................................................................................... 25 9. Literatura....................................................................................................................................26 Přílohy

1. Úvod Práce je věnována svahovým pohybům na lokalitě Biskupice u Luhačovic. Dochází zde ke střídání jílových vrstev a pískovců. V podloží jsou doloženy křídové sedimenty. Kvarterní pokryv zde zastupují deluvio-fluviální uloženiny v povodí vodních toků. Jedná se o rizikové území náchylné na sesouvání. Tato lokalita byla postižena svahovými pohyby již v minulosti. V tomto prostoru byl umístěn vysokotlaký plynovod. Jedná se o zásah do geologické stavby, který pravděpodobně negativně ovlivňuje stabilitu daného území. V roce 2012 zde došlo ke svahovým pohybům, kvůli kterým byl zhotoven inženýrskogeologický průzkum. V rámci průzkumných prací zde bylo realizováno 6 vrtných sond. Vždy se jednalo o jádrové sondy, které byly zhotoveny a popsány firmou HIG geologická služba s.r.o.. Následně byly provedeny laboratorní zkoušky a sledovala se hladina podzemní vody. Cílem této práce je nalezení pravděpodobné smykové plochy. Dále spočítat stupeň stability pomocí Pettersonovy metody a rozhodnout, jaká je míra rizika pro vznik svahového pohybu. V případě, že se svah bude jevit jako nestabilní, následně navrhnout vhodná opatření pro zajištění bezpečnosti provozu vysokotlakého plynovodu.

8

2. Zájmové území 2.1 Lokalizace Studovaná lokalita se nachází severně od obce Biskupice, asi 5 km JZ od města Luhačovice (okres Zlín, Zlínský kraj, obr. 1). Celá oblast má mírně kopcovitý charakter a náleží k Západním Karpatům. Sesuvné území leží SZ v pokračování údolí Černého potoka. Údolí Černého potoka probíhá zhruba v SSZ-JJV směru. Území se nachází na západním svahu údolí a je orientován k severovýchodu. Rozloha sesuvného území je přibližně 1 200 m x 800 m.

Obrázek 1: Zájmové území (Mapy.cz, 2015)

Jedná se o zvlněný terén, kde se nadmořská výška pohybuje v rozmezí 240 – 235 m n. m. Tato část Západních Karpat náleží ke geomorfologické jednotce Slovensko – Moravských Karpat. Ty na našem území představují jednotky: Bílé Karpaty, Javorníky a Vizovická vrchovina. Karpaty na zájmové lokalitě zastupuje geomorfologický celek Vizovická vrchovina. Přesněji se jedná o východní část, kde Vizovickou vrchovinu představují celky Luhačovická vrchovina a Hlucká pahorkatina. Studované území leží na rozhraní těchto dvou jednotek (Demek, 2006). Lokalitu odvodňuje Černý potok, který spadá do povodí řeky Moravy. Průměrný roční úhrn srážek se pohybuje mezi 600 – 800 mm/rok (obr. 2). Léto bývá krátké, suché a relativně teplé, zatímco zima bývá dlouhá a chladná. Mezi nejdeštivější měsíce patří leden, únor a září. Nejsuššími měsíci jsou pak duben, červenec a prosinec. Nejchladnější měsícem v roce je leden. Naopak nejteplejším a nejsušším měsícem je 9

červenec 12,5 mm/měsíc. Nejdeštivějším měsícem je září, asi 118 mm. Průměrná roční teplota vzduchu je 8 – 9°C. Oblast má průměrně jen 60 letních dní a 110 mrazovými. (Krásný, 2012).

Průměrné množství srážek v mm.:

Obrázek 2: Průměrný roční úhrn srážek 1981-2010 (voda.chmi.cz, 2015)

2.2 Geologické pozice studovaného území Studovaná oblast je součástí Vnějších Západních Karpat a řadíme ji k magurské, tedy vnitřní, skupině příkrovů, která představuje klasický flyš. Sedimentace na tomto území probíhala od albu do spodního oligocénu a tento útvar je označována jako račanská jednotka. Do vnitřní skupiny příkrovů dále řadíme bělokarpatskou a bystrickou jednotku. Račanská jednotka se vyznačuje výraznou pásemnou stavbou. Je to největší jednotka magurské skupiny příkrovů. Zakrytá pokračuje na východ pod Moravskými Karpaty, na západ postupuje pod Vídeňskou pánví až do Rakouska. Sedimentace začíná ukládáním kurovických slepenců, v křídě sedimentují tlumačovské slínovce, následně gaultský flyš. V nadloží dále sedimentuje pestré kaumberské souvrství, soláňské souvrství, bělovežské souvrství a nakonec zlínské souvrství. Na této lokalitě se objevují vsetínské vrstvy (obr. 3), které představují svrchní sedimentaci zlínského souvrství. V bezprostřední blízkosti zde probíhá výrazný zakrytý zlom regionálního významu se směrem SZ-JV (Kováč, et. al., 1993). Zlínské souvrství sedimentovalo jako poslední v račanské jednotce, tedy od středního eocénu až do středního oligocénu. Ve spodních partiích je patrná faciální rozrůzněnost. Jsou zde zastoupeny luhačovické, rusavské a újezdské vrstvy. Luhačovické vrstvy představují křemenné a arkózové pískovce, někdy i slepence s vložkami jílovců. Z fosilních pozůstatků lze najít středně až svrchně eocénní 10

nummulity a foraminifery. Rusavské vrstvy zastupují střídání pískovců a slepenců. Tyto sledy jsou mocné především v oblastech Hostýnských vrchů a Chřibů. Újezdské vrstvy představují středně až drobně rytmickou flyšovou sedimentaci. Podstatné polohy představují šedé vápnité jílovce (Čtyroký & Stráník, 1995). Svrchní partie zlínského souvrtsví zastupují vsetínské vrstvy, které jsou směrem k SV zastupovány kyčerskými vrstvami. Kyčerské vrstvy jsou tvořeny převážně pískovci s polohami slepenců, přítomná je i karbonátová složka. Vsetínské vrstvy dosahují mocnosti mezi 1 700 – 2 300 m. Jsou tvořeny olivově zelenými až zelenošedými vápnitými jílovci a světle šedými vápnitými až glaukonitickými pískovci. Tato sedimentace představuje tzv. klasický flyš, který vznikal v hlubokovodním prostředí. Jedná se o rytmické střídání psamitických a pelitických sedimentů – pískovců, prachovců, slepenců a břidlic. Hlubokovodní sedimentační prostředí zde panovalo od stř. eocénu až po sp. oligocén. Biostratigrafické zařazení je pouze podle nálezů foraminifer, protože toto prostředí pro svou nepříznivost nebylo příliš osídleno biotou. Stálost tohoto prostředí a délka sedimentace umožňují sledovat ekvivalenty vsetínských vrstev na území celých Západních Karpat (Chlupáč et. al., 2002). Na okraji račanské jednotky se ještě vyskytují křivské vrstvy. Ty dokládají mělkovodní sedimentaci okraje pánevního prostoru. Sedimentace je zastoupena pískovci s řasami rodu Lithothamnion (Chlupáč et. al., 2002). Kvartérní pokryv v této oblasti zastupují převážně deluviofluviální hlinité, hlinito-písčité až písčito-hlinité sedimenty v údolích vodních toků. Dále lze najít svahové sedimenty a četné zvětraliny.

Ledenda:

písčito-hlinitý sediment

pískovec, jílovec

hlína, písek, štěrk (kvarter) pískovec, jílovec

halda

Obrázek 3: Geologická situace okolí Biskupic (ČGS, 2015)

11

2.3 Hydrologeologické poměry Oblast náleží k hydrogeologickému rajonu 3222 - Flyš v povodí Morany. Vodní toky flyšového pásma se vyznačují rozkolísaným průtokem. Voda prostupuje hlavně písčitými a jílovitými sedimenty, které netvoří spojité kolektory. Oběh vod je soustředěn převážně v přípovrchové zóně. Srážky jsou rychle odváděny z krajiny a ke kumulaci dochází v povrchových tocích a údolích. Flyšové pásmo se vyznačuje zejména puklinovou propustností. Případné hlubší vodní oběhy jsou vázány na tektonicky porušené horniny nebo na kolektory pískovcových těles. Izolátory tvoří pelitické vrstvy. Takto vzniklé zvodnělé systémy nemají velkou vydatnost a jsou nerovnoměrně rozptýlené v celém Flyšovém pásmu. V celém Flyšovém pásmu je největší oblast proudění podzemní vody, soustředěna do přípovrchové zóny, dochází k propustnosti do hloubky jen několika desítek metrů. Kolektor zde tvoří zvětraliny a rozevřené pukliny. Díky výskytu vody v přípovrchové zóně a členité morfologii terénu, dochází k rozdělení vod takřka stejně, jako je tomu u povrchových toků. Zvodnělé systémy kopírují rozvodnice povrchového systému. Hladina podzemní vody prochází zpravidla jen pár metrů od povrchu. Nejhlouběji je nachází na velkých elevacích, tam dosahuje hloubky až 20 metrů, nejblíže k povrchu má na dnech údolí. Díky členitému povrchu, má proudění podzemních vod, sestupný charakter k místu drenáže dané oblasti. Většina podzemního odtoku ústí do povrchových toků. Nejvyšší podzemní odtoky jsou soustředěny v elevačních oblastech, nejvyšší průměrný specifický podzemní odtok, 5 – 5,8 l/s km2, byl zaznamenán v Moravskoslezských Beskydech. Průměrný specifický odtok ve zbytku Flyšového pásma se pohybuje kolem 1 – 3 l/s km2. V elevačních oblastech, s psamitickými vrstvami a vložkami pelitů, kde se nacházejí otevřené pukliny, vznikají málo vydatná prameniště a vývěry, které způsobují, pro flyš typické, svahové nestability. Chemické složení podzemních vod Flyšového pásma se vyznačuje pestrým složením. Typické složení podzemních vod se blíží typu Ca-HCO3. Flyšové pásmo představuje největší nahromadění sirovodíkových vod na našem území. Z minerálních vod jsou hojné i kyselky. Rozsáhlá přítomnost organické hmoty a vod v přípovrchové zóně umožnila redukci síranů a vznik minerálních vod. Vody jsou převážně typu Na-HCO3, Ca_HCO3 a Na-HCO3-Cl (Krásný, 2012).

12

3. Stabilizační opatření na svahu u zemin Veškerá opatření, která děláme, vztahujeme s ohledem na čas. Při stabilizaci svahu musíme brát v potaz mnoho parametrů. Jednak ekonomickou stránku, jednak míru porušení svahu, míru ohrožení, technologickou proveditelnost, ale i to, zda-li se jedná o krátkodobé či dlouhodobé opatření, dále například vliv na životní prostředí. Vždy je vhodné vytvořit více variant zabezpečení svahu a poté vybrat jedno, to nejvhodnější řešení s ohledem jednak na samotný svah jednak na krajinný celek (Weiglová, 2007). Stabilizační opatření můžeme rozdělit podle principu provedení, jak uvádí následující kapitoly.

3.1. Odvodnění Jedná se o základní druh sanace, kterou je většinou nutné začít, než přistoupíme k dalším opatřením. Při odvodnění dochází ke snížení aktivních sil, které působí na smykovou plochu, zvyšuje tedy stupeň stability. Při odvodnění se snažíme najít nejkratší možnou cestu. Řešení je vhodné před začátkem staveb. Je důležité provést povrchové i podpovrchové odvodnění. Povrchové odvodnění – nejdříve musíme odvést všechny povrchové vody, prameny a další vodoteče, které zasahují do problematického území. Nejjednodušším opatřením povrchového odvodnění jsou rýhy po spádnici. Používají se při krátkodobé sanaci. Jejich nevýhodou je potřebná kontrola a údržba, která bývá zanedbána. Dále se používají vodotěsné příkopy, rigoly s protierozní ochranou a drenáže. Důležité u těchto opatření je nepropustnost a mírná možnost deformace. Snahou také je, aby prostor byl odvodněn po co nejmenším sklonu, případně je třeba proud vody zpomalit. Po jejich vyhotovení je neméně důležité jejich čištění a kontrola. Zatímco povrchové odvodnění (obr. 4) snižuje pórový tlak, tak hloubkové odvodnění zmenšuje vztlakovou sílu. Dochází k většímu působení pórového tlaku. Základním prostředkem hloubkového odvodnění jsou horizontální odvodňovací vrty. Jejich nevýhodou je, že výsledek je nejistý a může někde zůstat Obrázek 4: Uspořádání odvodnění v násypu a v zářezu zvodnělá část, proto je (Mahdalová, 2003) vhodné je kombinovat např. s piloty nebo podzemními stěnami. Krátkodobým řešením je i čerpání vody z vrtů. Nevýhodou čerpání jsou vysoké náklady. Pro mělkou drenáž se používají odvodňovací 13

žebra. Jejich principem je vytvoření rýh vedoucích po spádnici terénu s umístěným potrubím, případně nepropustnou geotextilií. Vše v mělkém terénu, v zámrzné hloubce. U nás méně používaným prvkem jsou drenážní štoly, jejichž největší nevýhodou je technická náročnost a vysoké náklady. Využívají se hlavně pro hloubkové sesuvy. Patří sem i hydrogeologické vrty. Ty se využívají na odvodnění jam a objektů, důlních i povrchových těžebních objektů, odvodňování nebezpečných objektů apod. Realizace hydrovrtů závisí na vlastnostech prostředí a zvodnělé vrstvy, na účelu vrtání, dále na konstrukci a výstroji vrtů (Klempa et al., 2011).

3.2. Protierozní ochrana svahů Používá se zejména k odvedení povrchové vody nebo k zadržování smývané zeminy. Slouží také jako ochrana proti působení větru. Zpravidla je k ní přistupováno až po zklidnění svahových pohybů. K protierozní ochraně můžeme přistoupit dvěma způsoby, buď geometrickými cestami nebo povrchovým řešením. Geometrická neboli návrhová opatření spočívají hlavně v úpravě tvaru svahu, vytvoření teras, příkopů atd. Povrchová řešení můžeme dále rozdělit, podle použitého materiálu. Nejekonomičtější je užití vegetace. Rostliny snižují proudění vody a mění vodní režim svahu, kořeny rostlin upevňují půdu a zabraňují odnosu zeminy. Stromy také fungují jako přírodní větrolamy. Použití vegetace je vhodné pouze na plošně malé a mělké sesuvy. Jeho nevýhodou je doba zakořenění rostlin, během které může dojít k vydatným srážkám nebo odnosu zvěří, případně větrem. Ne příliš obvyklým řešením jsou konvenční prvky. Jedná se o stříkaný beton, zatravňovací tvárnice aj. Obrázek 5: Opěrná zeď s dalšími prvky (Geomat s.r.o., 2014) Nevýhodou je jak nevelká estetičnost, tak plocha pokryvu. Syntetické prvky jsou dnes velmi rozšířeným způsobem ochrany (obr. 5). Jejich výhodou je ekonomická stránka a vzhled. Často jsou používány v kombinaci s vegetací nebo i s náročnějšími prvky jako jsou např. kotvy. Mezi syntetické způsoby ochrany patří geotextilie, geomříže, gabiony, rohože, geobuňky atd. zde můžeme vybírat podle účinnosti, typu ochrany nebo životnosti. Další výhodou použití je možnost vybrat si z velké nabídky nejvhodnější produkt a možnost použití i na prudkých svazích a pro kombinaci a dalšími prvky.

14

3.3. Zpevňování zemin Slouží ke zvýšení smykové pevnosti, potažmo pasivních sil působících na smykové plochy. Používají se, pokud jsou povrchová a podpovrchová opatření málo účinná. Přesto jsou tyto metody málo využívány. Důvodem je ekonomická náročnost a nešetrnost. Patří sem elektroosmotické odvodnění, termické zpevnění (spraše, jíly), injektáž a zmrazování.

3.4. Úprava tvaru svahu Jedná se o přesun hmoty buď přitížením paty svahu, nebo odebráním materiálu z odlučné zóny, případně kombinace obojího. Důsledkem je absolutní změna v rozložení sil na svahu. Výhodou těchto metod je jednoduchost a nízká náročnost na mechanizaci (obr. 6). Naopak nevýhodou je objem přesouvaného materiálu a použitelnost jen ve speciálních případech.

Obrázek 6: Zarovnání terénu (FAO, 1998)

Standard subgrade- standartní podloží Fill widening – výplň rozšíření Fill slope height – výplň výšky svahu

3.5. Technologická stabilizační opatření Patří sem všechny umělé, nosné a zpevňovací prvky, které zasahují přímo do svahu. Jejich použitím dochází buď ke zvýšení podílu pasivních sil, nebo ke zvýšení tuhosti vybrané zeminy. Účelem je zvýšení stupně stability. Veškerá opatření této kategorie spadají do kategorie definitivní sanace. Vhodné je použití pro menší sesuvy s mělkými smykovými plochami (do 5 m). Do této kategorie spadají: zárubní a opěrné zdi, stěny velkoprůměrových pilot, stěny z mikropilot, štětové stěny, zemní hřebíky a kotvy. Tyto prvky se dají kombinovat a běžně se využívají s odvodňovacími prvky.

3.6. Zvláštní opatření K těmto opatřením přistupujeme, když jsou práce na daném svahu příliš ekonomicky a technologicky náročné nebo je situace na svahu kritická. Sem spadají opatření jako podtunelování sesuvu nebo přemostění aj. Můžeme sem řadit i situace, kdy si problém vyžádal kombinaci mnoha sanačních prvků najednou.

15

4. Metodika V praktické části mé práce bylo cílem sestavení 3 geologických řezů sesuvným území na základě průzkumných vrtů. Svah je ukloněn k severovýchodu se sklonem přibližně 10°. Dva řezy jsou zhotoveny ve směru JV-SZ (AB, CD), třetí řez ve směru SZ-JV (EF) a protíná oba předchozí. K vytvoření řezů byly použity programy ArcGIS 10.0, ve kterém se vytvořila morfologie řezů. Pro konstrukci inženýrskogeologických řezů a grafické znázornění výpočtů Pettersonovy metody byl využit grafický editor Corel Draw. Pro samotné zpracování bylo využito dokumentací z 6-ti již dříve zhotovených sond společnosti HIG geologická služba, spol. s.r.o (Grünwald, 2012). Po sestavení inženýrskogeologických vrtů a zhodnocení informací z vrtného průzkumu byly zvoleny předpokládané smykové plochy sesuvu. Pro jejich určení se vycházelo z vlastností jednotlivých geologických vrstev, morfologie a hladiny podzemní vody. Na tomto základě pak byl proveden výpočet stupně stability podle Pettersonovy proužkové metody. Pettersonova metoda je rychlá, jednoduchá a poměrně přesná. Je vhodná také díky možnosti uplatnění na různých typech svahů. Metoda je založena na předpokladu mezní rovnováhy sil. Lze ji provést jak graficky, tak početně. I přes svoji jednoduchost patří mezi nejpřesnější metody. Další z používaných metod nebyly zhodnoceny jako vhodné. Například Rodriguezova metoda patří sice mezi jednoduché metody, ale není vhodná pro svahy se sklonem méně jak 14°. Při jejím použití by mohlo dojít k většímu zkreslení ve výpočtu (Záruba, Q., 1989). Pettersonova metoda je nejstarší, nejjednodušší a nejběžnější metodou. Používá se převážně pro výpočty v homogenních soudržných zeminách. U této metody platí, že stupeň stability je dán rozdílem pasivních a aktivních složek. Metoda je vhodná i pro planární a rotačně-planární sesuvy, jak je tomu v tomto případě. Výhodou metody je jednak rychlost, jednak možnost využití i pro vrstevnaté svahy a podloží. Pettersonova metoda, nebo-li proužková metoda, neuvažuje přítomnost HPV ani působení okolního tlaku (Myslivec, 1968). Svah rozdělíme na svislé, stejně široké proužky a následně, pro každý proužek zvlášť, vypočteme poměr aktivních a pasivních působících sil, daných vlastní tíhou, případně přitížením. Podíl součtu těchto sil udává míru stability F, tj. stupeň bezpečnosti pro danou smykovou plochu (Holas, 2011).

16

Obrázek 7: Pettersonova proužková metoda (Weiglová,2007)

Svah rozdělíme na proužky o stejné šířce b, kterou zvolíme podle vhodného měřítka k reálným rozměrům svahu. Neuvažujeme zde vliv sousedních proužků ani přítomnost vody. Pro každý proužek zaznamenáme jak šířku b, tak délku h (obr. 7). Z těchto parametrů spočteme působící tíhu, podle vzorce: G=ϒ*h*b (h – výška prožkou, b – šířka proužku, ϒ – objemová tíha, G – vlastní tíha proužku) Následně podle Pythagorovy věty vypočítáme tangenciální a normálové hodnoty pro všechny středy proužků: N = ϒ * cos α

T = ϒ * sin α

(N – normálové napětí, ϒ – objemová tíha, α – úhel mezi těžnicí a normálovou složkou tíhy) (T – tangenciální napětí, ϒ – objemová tíha, α – úhel mezi těžnicí a normálovou složkou tíhy)

Jejich poměrem dostaneme výslednici, poměr pasivních a aktivních sil, tj. stupeň stability F podle vzorce: 𝐹=

∑ 𝑁 × 𝑡𝑔𝜑𝑒𝑓 ∑𝑇

(F – stupeň stability, N – normálové napětí, t – tangenciální napětí, 𝜑𝑒𝑓 – efektivní úhel vnitřního tření)

17

Tento postup byl tedy použit k výpočtu stupně stability u řezů AB a CD. V řezu AB bylo vytvořeno 57 proužků. Šířka každého proužku byla 2,5 m. Na řezu CD bylo smykovou plochou zhotoveno 73 proužků, kde byla šířka proužku 3 m. Výpočty byly provedeny podle uvedeného algoritmu pomocí programu Microsoft Excel 2010 (viz příloha 5, 6). Vzhledem k nedostatku informací výskytu podzemní vody, absence v primární dokumentaci sond či jejich nejednoznačnost, bylo zvoleno nezohlednění vlivu podzemní vody pro výpočet stability svahu. Toto rozhodnutí je pravděpodobné i vzhledem k jejímu výskytu v těsné blízkosti smykové plochy v řezu AB. Vztlak vody by tak znamenal pouze zanedbatelnou hodnotu opravy při výpočtu Pettersonovou metodou.

18

5. Zhodnocení sesuvného území Podle poskytnutých informací ze zhotovených sond (viz příloha 1) byly zhotoveny tři řezy. Dva řezy (AB, CD) vedené přibližné po spádnici svahu ve směru JV-SZ příčně na sesuvnou strukturu. Třetí řez (EF) byl zhotoven podélně se svahem ve směru SZ-JV (obr. 8).

B

E

D

A F

C

200 m Obrázek 8: Rozložení sond a řezů ve svahu

Na řezu AB můžeme pozorovat minimální vrstvu humózního pokryvu hnědé barvy se zbytky vegetace. Tato vrstva sahá do hloubky místy až 20 cm. Další spodnější vrstva sahá do hloubky 0,3 až 1 m. Ta je tvořena pevným jílem s nízkou plasticitou, rezavě hnědé barvy a místy písčitá. Vrstva je pravděpodobně deluviálního původu. Do hloubky pak pokračuje jílovitá poloha s vysokou plasticitou o mocnosti 1,5 až 5,5 m. Jíl šedě žluto-hnědé barvy je zde doplňován vložkami šedého a rezavého, jemnozrnného písku, místy s železitými konkrecemi. Úlomky částic do 1 cm. Následující vrstva pevného prachovitého jílu s vysokou plasticitou je hnědé barvy, místy hrudkovitá, dosahuje hloubky 4,2 až 4,5 m. Hlouběji leží poloha písčitého jílu, světle hnědé barvy, s úlomky do 2 cm, eluviálního původu. Podloží pak tvoří silně zvětralý pískovec rezavě hnědé barvy s vložkami hlíny a úlomky do 12 cm (viz příloha 2). Na řezu CD můžeme rovněž najít humózní vrstvu hnědé barvy se zbytky vegetace o mocnosti do 50 cm. Pod tímto pokryvem se nachází výrazná vrstva šedožluto hnědého jílu s vysokou plasticitou o mocnosti do 5 m. Vyskytují se zde vložky šedého a rezavého písku, místy s železitými konkrecemi a úlomky do 1 cm. Touto 19

vrstvou prochází výrazná poloha písčitého a prachovitého jílu s vysokou plasticitou, hnědé barvy. Jsou přítomny úlomky do 1 cm. Materiál je hrudkovitý a rozpadavý. Poloha se nachází v hloubce 2 m a její mocnost je 0,5 m. Pod vrstvou vysoce plastického jílu leží vložka jemnozrnného písčitého jílu šedohnědé barvy, pevné konzistence, s úlomky do 2 cm. Tato vložka se nachází v hloubce 4,4 m a její mocnost činní 0,4 m. Podloží tvoří silně zvětralý pískovec, rezavě hnědé barvy s čočkami hlíny a úlomky do 12 cm (viz příloha 3).

Obrázek 9: Náhled konstrukce geologického řezu v profilu EF, plná verze je uvedena v příloze č. 4.

Řez EF je rovněž kryt malou humózní vrstvou hnědé barvy se zbytky vegetace. Tloušťka pokryvu je do 45 cm. Pod touto vrstvou prochází poloha písčitého jílu s nízkou plasticitou, rezavě hnědá, pevná, pravděpodobně deluviální. Prochází řezem s mocností do 40 cm. Hlubší partie představuje silná vrstva šedo-rezavo hnědého jílu s vysokou plasticitou, místy s vložkami písku a konkrecemi Fe. Vrstva sahá do hloubky až 3,5 m a její mocnost je asi 3 m. V JV části řezu se nachází výraznější čočka vlhkého, špatně zrněného, světle hnědého, jemnozrnného písku. Směrem na SZ přechází vrstva jílu v šedohnědý jíl s vysokou plasticitou. Přítomny jsou zde vložky rezavého, jemnozrnného, pevného písku. Vrstva sahá do hloubky až 5 m a její mocnost činní až 4 m. Hlouběji prostupuje řezem poloha štěrko-písčitého jílu šedo-rezavě hnědé barvy a pevné konzistence. Přítomny jsou úlomky do 1 cm a vložky světle hnědého písku. Podloží představuje silně zvětralý pískovec, rezavě hnědé barvy s čočkami hlíny a úlomky do 12 cm (viz obr. 9, resp. příloha 4).

5.1. Výpočet stupně stability V případě řezu AB, byla smyková plocha stanovena na rozhraní dvou vrstev – vysoce plastického jílu s vložkami jemnozrnného písku a jílu s vysokou plasticitou s příměsí Fe konkrecí. Mezi těmito vrstvami leží hladina podzemní vody, která zde byla hybným médiem. K usmýknutí došlo, při větší vydatnosti srážek a zvýšení hladiny podzemní vody. Smyková plocha řezu CD se nachází ve vrstvě vysoce plastického jílu s Fe konkrecemi. Touto vrstvou prochází čočka pevného písčitého jílu s vysokou

20

plasticitou, která způsobila oslabení pevnosti. Při následném přesycení vodou došlo k pohybu po předurčené smykové ploše. Pettersonova metoda byla použita pro řezy AB a CD, které kopírující plochu sesuvu. Pro zjednodušení byla v obou případech použita rotační smyková plocha a sestrojeny kružnice, díky nimž bylo možné poměrně snadně definovat vnitřní úhly u jednotlivých pravoúhlých trojúhelníků každého proužku. Nad smykovou plochou bylo zhotoveno 56 svislých proužků v řezu AB, respektive 73 proužků v řezu CD. Délka proužků je proměnlivá a kopíruje předpokládanou smykovou plochu. K dalším výpočtům bylo využito parametrů z laboratorních zkoušek, které byly provedeny HIG geologická služba, spol. s.r.o.. Na obou řezech došlo k usmýknutí na jílových vrstvách. Parametry jsou tedy shodné: Objemová tíha

ϒ = 20,5 kN/m3

Efektivní úhel vnitřního tření

φef = 17°

Nejdříve byla vypočítána vlastní tíha každého z proužků, ze které pak dopočítány hodnoty tangenciálního a normálového napětí pro stanovení stupně bezpečnosti. Výpočet normálových a tangenciálních napětí a následně stupně stability je uveden v příloze 7 a 8, konstrukce smykové plochy a proužků v příloze 5, 6. Podle získaných hodnot napětí byl vypočten celkový stupeň stability F. Z výsledků vychází hodnota stupně stability F prvního řezu (AB) jako 1,36. Bezpečná hodnota stupně stability u jílových zemin, podle normy ČSN 73 6133 je 1,5. Můžeme tedy říci, že v případě tohoto řezu, nelze považovat svah za stabilní. V případě, že by se jednalo o písčité zeminy, byla by tato hodnota stability podmíněně dostačující. Pokud bychom se ale rozhodli, tento svah zatížit, bylo by třeba dosáhnout stability minimálně 2,2 – 3. Řez CD byl zhotoven analogickým postupem. Stupeň stability v tomto případě má hodnotu 1,26. I z tohoto pohledu se tedy jedná o nestabilní svah.

21

6. Zhodnocení dosažených výsledků Na základě geologické situace studované oblasti, lze soudit, že z genetického hlediska jde o svahové pohyby plošného nebo proudového tvaru, které jsou pro oblast Západních Karpat typické (Záruba, 1989). Po sestavní všech tří řezů byla tato domněnka potvrzena. Podle všeobecně známého faktu, že flyšové pásmo se vyznačuje vrstevnatou stavbou, lze předpokládat, že na daném místě došlo k uklouznutí na rozhraní dvou vrstev o různých zrnitostních a geomechanických vlastností. Z geologické stavby a výskytu podzemní vody v zóně blízké smykové ploše lze vyvozovat, že hybným médiem je právě voda. Tento fakt je možné sledovat na všech třech řezech. Problematice podzemní vody se věnuje např. Mencl (1966), který upozorňuje, že voda v jílovitých horninách může způsobovat chemické změny, rozpouštění látek a hlavně odnos jemných částic pryč, tedy ztrátu tmele. Následně dochází ke ztrátě soudržnosti a oslabení vazeb v hornině, jak dokládá Weiglová (2007). Tyto argumenty jsou tak pravděpodobným základem situace na studovaném území a lze s nimi i v této oblasti souhlasit. Česká norma ČSN 73 6133 Návrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací, dokládá minimální hodnoty stupně stability, kterých je nutno dosáhnout při stabilizaci svahu. Norma říká, že vysoce nestabilní svah, který je v pohybu, má stabilitu do hodnoty F = 1. Dále uvádí minimální hodnoty stability, kterých je třeba dosáhnout v jednotlivých zrnitostních typech zemin. Pro jílové zeminy, které se nacházejí v zájmové oblasti, je minimální hodnota stupně stability F = 1,5. Místy jsou zde přítomny i písčité polohy, pro které by bylo počítáno se stupněm stability minimálně 1,3. Na základě výše zmíněné normy, bylo stanovení stupně stability u jednotlivých řezů (FAB = 1,36; FCD = 1,26), vyhodnoceno tak, že svah není zcela stabilní a je pravděpodobné, že na tomto místě dojde k dalším svahovým pohybům. Vzhledem k přítomnosti jílových vrstev se sníženou propustností v podloží, vyvozujeme, že smyková pevnost bude nejvíce oslabena v období se zvýšenou vydatností srážek. Na sesuvném území je tedy třeba neodkladných opatření, aby nedošlo k dalšímu sesunutí, potažmo poškození vysokotlakého plynovodu.

22

7. Navrhovaná opatření Jelikož svah není situován přímo v obydlené oblasti, ale leží vedle ní, je možné vybrat z několika řešení. Mezi nejběžnější opatření patří odvést vodu ze svahu a stabilizovat jej. Odvodnění se nejčastěji využívá ke snížení pórového tlaku, tím se snižuje i poměr působících aktivních sil. Odvodnění by bylo možné jak povrchové, tak podpovrchové, pomocí rýh, odvodňovacích příkopů, drenáží či odvodňovacích vrtů (obr. 10), jak navrhuje např. Matula (1968). Toto řešení ovšem není příliš vhodné pro zájmovou oblast. V geologické stavbě zájmového území převažují jíly. Je zde tedy riziko, že dojde k zahloubení smykové plochy a tedy i k rozšíření sesuvného území. Z tohoto důvodu by odvedení vody mohlo být nedostatečné a představuje dlouhodobé riziko. Jedná se o zemědělsky využívaný prostor s potenciální možností výstavby Obrázek 10: vystrojené horizontální odvodňovací vrty a nevhodné umístění vrtů by mohlo (Klempa et al., 2011) území znehodnotit. Dalším řešením je možnost zahloubení plynového potrubí (obr. 11). Jedná se sice o poněkud markantnější zásah do původního terénu, ale toto řešení je velmi efektivní a rychlé. V tomto případě by bylo třeba dostat se do hloubky alespoň 4 m. Nevýhodou tohoto řešení je, že ve vrstevnatém prostředí, jako je toto, může dojít k porušení soudržnosti a vnitřní pevnosti zemin. Pravděpodobně by bylo třeba vytvořit stavební jámu, která by mohla být poměrně hluboká a vyžadovala by pažení. V takovém případě je možné, že by došlo k pohybu vrstev směrem do jámy a následně k zasypání jámy. Dalším rizikem je, že se okolí plynovodu může stát umělým drénem, nebo může dojít k zavedení vody do hlubších vrstev. Další možností je přeložení plynovodu (obr. 12) ze sesuvného území pryč. Za nejpříhodnější bychom ve sledované oblasti mohli označit předpolí, jak zmiňuje Mencl (1966). Tato varianta je na první pohled náročná, ale předchází problémům v budoucnosti. Pokud na nově vybrané lokalitě proběhne řádný geologický Obrázek 11: VTL plynovod OC DN 150, Choceň – průzkum s uspokojivými výsledky, Dvořisko (lbtech s.r.o., 2015)

23

tak by zvolení nového místa bylo nejvhodnějším řešením. Toto řešení by bylo i nejefektivnější (Záruba, 1989).

Obrázek 12: Návrh přeložky plynovodu mimo sesuvné území. Původní poloha plynovodu je žlutou plnou čarou, navrhovaná přeložka je žlutou tečkovanou čarou.)

Dalším definitivním řešením, kde by bylo možné předejít případným problémům v budoucnosti, je kompletní stabilizace svahu. Zde by mylo možné použít zárubních zdí, které mohou v jílovitých zeminách stabilizovat patu svahu. Dále je možné použití vápenných pilot (obr. 13), které pomáhají jak snižovat vlhkost, tak stabilizovat sesuvnou plochu, zvyšovat únosnost a urychlovat konsolidaci. Dalšími, méně vhodnými možnostmi jsou například gabiony nebo zpevňování zemin (Turček, 2005). Tyto metody jsou poměrně technicky a finančně náročné a pro tento sesuv s ohledem na jediné riziko plynovodu ekonomicky neefektivní.

Obrázek 13: vápenná pilota; a – stavba plnící soupravy , b – umístění pilot ve svahu (podle Hulla & Turček, 1998)

24

8. Závěr Předmětem této práce bylo sestavení tří geologických řezů. Dva řezy (AB, CD) byly vedeny po spádnici svahu, ve směru JZ-SV. Třetí řez (EF) protíná oba předchozí ve směru SZ-JV a probíhá podélně se směrem svahu. Na základě zjištěné geologické stavby byly sestrojeny pravděpodobné smykové plochy na řezech AB a CD. Pro tyto stanovené plochy byl proveden výpočet stupně stability pomocí Pettersonovy metody, který byl určen z poměru normálových a tangenciálních napětí. Stupeň stability pro řez AB odpovídá hodnotě 1,36, pro řez CD je menší, jen 1,26. Z těchto výsledných hodnot stupně stability je zřejmé, že svah je nestabilní a je třeba realizovat vhodná opatření pro zajištění budoucího bezpečného provozu plynovodu v tomto prostoru. S ohledem na geologickou situaci, ekonomickou náročnost, ochranu přírody a trvalou udržitelnost provozu bylo vyhodnoceno, že nejvhodnějším řešením je přeložení tohoto plynovodního potrubí. Nejideálnějším řešením, na základě dosavadních poznatků, se jeví přeložka plynovodu směrem do předpolí sesuvného území. Pro toto řešení je ale vhodné doporučit další doplňující geologický průzkum v místě přeložení pro potvrzení správnosti tohoto rozhodnutí a vyloučení případných dalších dosud neznámých nestabilit či dalších geotechnických rizik.

25

9. Literatura ČESKÝ HYDROMETEOROLOGICKÝ ÚSTAV (2015): Průměrný roční úhrn srážek 1981 – 2010 — Dostupné na: http://voda.chmi.cz/opv/obr/data/srazky_8110.jpg [shlédnuto 19.4.2015]. ČESKÁ GEOLOGICKÁ SLUŽBA (2015): Mapový server http://mapy.geology.cz/geocr_50/ [shlédnuto 19.4.2015].

—

Dostupné

na:

ČESKÝ NORMALIZAČNÍ INSTITUT (2010): ČSN 736133 – Návrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací. — ČNI, Praha. ČTYROKÝ, P. & STRÁNÍK, Z. (1995): Zpráva pracovní skupiny české stratigrafické komise o regionálním dělení Západních Karpat. — Věstník českého geologického ústavu 70, 3, 1995. Český geologický ústav. Praha. DEMEK, J. – MECKOVČIN, P. – BALATKA, B. – BUČEK, A. – CIBULKOVÁ, P. – CALEK, M. – ČERMÁK, P. – DOBIŠOVÁ, D. – HAVLÍČEK, M. – HRÁDEK, M. – KIRCHNER, K. – LACINA, J. – PÁNEK, T. – SLAVÍK, P. – VAŠÁTKO, J. (2006): Zeměpisný lexikon ČR. Hory a nížiny. — AOPK ČR. Brno. FAO (1998): Watershed management field manual. – Road design and construction in sensitive watersheld 13/5. Rome. — Dostupné na: http://www.fao.org /docrep/006/T0099E/T0099e03.htm#top [shlédnuto 19.4.2015]. GEOMAT S.R.O. (2014): Skládky a odvodnění. — Dostupné na: http://www.geomat.cz/chci-vyresit-problem/skladky-odvodneni [shlédnuto 19.4.2015]. GRUNWALD, A. (2012): Závěrečná zpráva o provedeném inženýrskogeologickém průzkumu se zaměřením na posouzení stability sesuvného území v k.ú. Biskupice, okres Zlín. — MS: Závěrečná zpráva. HIG geologická služba s.r.o.. Brno. HOLAS, D. (2011): Výpočet stability svahů dle stupně bezpečnosti a dle evropské normy EC 7-1. — MS: Bakalářská práce, Dopravní fakulta Jana Pernera, Univerzita Pardubice. HENELOVÁ, V. (2004): Územní energetická koncepce Zlínského kraje – Analýza výchozího stavu. — MS: Závěrečná zpráva. Eviros s.r.o.. Zlín. CHLUPÁČ, I. – BRZOBOHATÝ, R. – KOVANDA, J. – STRÁNÍK, Z. (2002): Geologická minulost České republiky. — Academia. Praha. IBTech eu s.r.o. (2015): Plynovody a plynová zařízení — Dostupné http://www.lbtech.cz/cs/plynovody-a-plynova-zarizeni/ shlédnuto 4. 5. 2015].

na:

26

KLEMPA, M. - ZEMAN, V. – BUJOK, P. – STRUNA, J. – PINKA, J. (2011): Technika a technologie hlubinného vrtání. – Vrty hloubené pro hydrogeologické účely. — Dostupné na: http://geologie.vsb.cz/TECHHLDOB/hlubinneVrtani/vrtani/ rozpojitelnostHornin.html [shlédnuto 19.4.2015]. KRÁSNÝ, J. – CÍSLEROVÁ, M. – ČURDA, S. – DATEL, J. V. – DVOŘÍK, J. – GRMELA, A. – HRKAL, Z. – KŘÍŽ, H. – MARSZALEK, H. – ŠANTRŮČEK, J. – ŠILAR, J. (2012): Podzemní vody České republiky: regionální hydrogeologie prostých a minerálních vod. — Česká geologická služba. Praha. KOVÁČ, M. – MICHALÍK, J. – PLAŠIENKA, D. – MAŤO, Ľ. (1993): Alpínský vývoj Západních Karpat. — Masarykova univerzita. Brno. MAHDALOVÁ, M. (2004): Dopravní stavby. — Dostupné na: MS: výukový materiál. VŠB-TU. Ostrava. [shlédnuto 4. 5. 2015]. MAPY.CZ (2015): Mapový server — Dostupné na: http://mapy.cz/zakladni?vlastnibody&x=17.7217197&y=49.0883140&z=14&l=0&m3d =1&uc= [shlédnuto 19. 2. 2015]. MATULA, M. – PAŠEK, J. (1986): Regionálna inžinierská geológia ČSSR. — Alfa. Bratislava. MENCL, V. (1966): Mechanika zemin a skalních hornin. — Academia. Praha MYSLIVEC, A. (1964): Mechanika zemin. — Státní nakladatelství technické literatury. Praha. TURČEK, P. – HULLA, J. - BARTÁK, J. – VANÍČAK, I. – MASOPUST, J. – ROZSYPAL, A. (2005): Zakládání staveb. — Jaga group s.r.o. Bratislava. WEIGLOVÁ, K. (2007): Mechanika zemin. — Akademické nakladatelství. Brno. ZÁRUBA, Q. – MENCL, V. (1989): Sesuvy a zabezpečování svahů. — Academia. Praha.

27

Přílohy

Seznam příloh: 1. Geologická dokumentace sond 2. Geologický řez AB s umístěním sond 3. Geologický řez CD s umístěním sond 4. Geologický řez EF 5. Grafické znázornění výpočtu Pettersonovy metody pro řez AB 6. Grafické znázornění výpočtu Pettersonovy metody pro řez CD 7. Numerické výpočty Pettersonovy metody pro řez AB 8. Numerické výpočty Pettersonovy metody pro řez CD