© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Injektování Grouting 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin OBSAH Úvod Metody Základní okolnosti Návrh Normy Literatura 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin ÚVOD Horninové prostředí (zemina, hornina) není spojitým materiálem, trhliny a póry jsou jeho součástí. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin ÚVOD Nespojitosti v horninovém prostředí významně ovlivňují jeho vlastnosti. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin ÚVOD Volným prostorem trhlin a pórů nelze přenést napětí (zatížení). 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin ÚVOD Primární trhliny v horninách jsou oblastí inicializace a propagace sekundárního mechanického porušování. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin ÚVOD Póry nakypřených zemin jsou příčinnou značných objemových změn. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin ÚVOD V horninovém prostředí trhliny a póry vytváří prostor pro akumulaci vody (kapalin) a tvoří komunikační cesty pro její šíření v tomto prostředí. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin ÚVOD Tlak vody v pórech a trhlinách horninového prostředí snižuje složku efektivní napjatosti prostředí, která je zdrojem jeho smykové pevnosti. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin ÚVOD Stojatá i proudící voda jsou zdroji hydrostatického respektive hydrodynamického zatížení. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin ÚVOD Zaplněním trhlin a pórů vhodným materiálem se odstraní příčiny, nebo minimalizují projevy mnoha jevů, které souvisí nebo jsou podmíněny jejich existencí. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin ÚVOD Injektování je jedna z metod úpravy horninového prostředí, která do horninového prostředí podává materiál – injektážní hmotu s cílem zaplnit trhliny, póry a dále volné prostory vzniklé přírodními nebo konstrukčním procesy. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin METODY Kritéria rozdělení metod injektování: Účel Technologie 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin METODY - Účel Zpevnění Utěsnění Konstrukční 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Zpevnění Nestabilní, nebo málo únosné prostředí Nesoudržné zeminy Silně narušené a zvětralé skalní horniny 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Utěsnění Propustné prostředí Nesoudržné zeminy Horniny porušené soustavami trhlin 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Konstrukční Tamponáž Ochrana Uchycování Hutnění Kompenzace 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Tamponáž Tamponáž je vyplňování velkých dutin, kaveren přírodních i antropogenních a konstrukčních prostor. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Ochrana Ochrana částí konstrukcí před účinky agresivních podzemních vod (svorníky, kotvy). 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Uchycování Fixace - upevňování konstrukcí v horninovém prostředí (kořen svorníku, kotvy). 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Hutnění Částečným zaplněním pórů, nebo vytlačením podzemní vody z pórů injektážní hmotou se sníží pórovitost a zvyšuje hustota prostředí. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Kompenzace Minimalizace nebo úplná eliminace sedání prostředí pod pozemními konstrukcemi objemem podávané injektážní hmoty. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin METODY - technologie Tlaková injektáž Trysková injektáž – metoda nenaplňuje cíl zaplňování volných prostor horninového prostředí. Prostředí je současně mechanicky narušeno a míseno tryskovým paprskem podávaného materiálu. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Tlaková injektáž Rozdělení dle chování skeletu: bez pohybu skeletu s pohybem skeletu 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Tlaková injektáž Kategorie dle injektážního tlaku: Gravitační - Čerpání Tlaková Štěpení - Vysokotlaká 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin GRAVITAČNÍ Gravitační (čerpání, nízkotlaká injektáž) – injektážní hmota se šíří prostředím jen na základě gravitace (hydrostatický tlak injektážní hmoty). 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin GRAVITAČNÍ Zaplňování dutin, velkých trhlin a konstrukčních prostor vhodnou injektážní hmotou. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin TLAKOVÁ Tlaková injektáž zajišťuje šíření injektážní hmoty prostředím. Tlak injektážní hmoty se pohybuje v rozmezí od hodnoty hydrostatického tlaku, eventuálně geostatického tlaku, až k hodnotám, při kterých dochází k otevírání trhlin, eventuálně dalšímu porušování prostředí. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin ŠTĚPENÍ Štěpení (klakáž, vysokotlaká injektáž) záměrně prostředí narušuje. Rozevírá prodlužuje stávající trhliny, vytváří nové trhliny a rozšiřuje komunikační možnosti proudění injektážní hmoty prostředím. Tlak injektáží hmoty několikanásobně překračuje hodnoty pevnosti prostředí a geostatické napjatosti. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin ZÁKLADNÍ OKOLNOSTI Návrh technologie injektování určují okolnosti: Objektivní Subjektivní 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Objektivní okolnosti Horninové prostředí Účel 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Horninové prostředí Základní otázkou je, zda prostředí je injektovatelné a za jakých okolností ? Zeminy (křivka zrnitosti)/skalní horniny(systémy trhlin) Chemismus Hydrologické parametry Vodní tlaková zkouška 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Hydrologické parametry Typy prostředí: Izotropní (sypké zeminy) Anizotropní (porušené skalní horniny) 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Hydraulické parametry Prostředí charakterizují: d – mocnost (tloušťka) akviferu (vodonosné vrstvy), není to průřez vodního proudu !  - hustota média [kg/m3]  - dynamická viskozita média [N.s/m2], [s.Pa] k - permeabilita [m2] 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Transmisivita Transmisivita (propustnost) je určována vodní tlakovou zkouškou. Je definována množstvím media, které proteče za časovou jednotku úsekem 1m vrtu při stanoveném tlaku. Jednotka používaná v praxi: 1LU - LUGEON 1 LU = 1l min.-1 m-1 10 bar (1MPa) 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Hydraulická vodivost Hydraulická vodivost (K) je odvozena z Darcyho zákona. q = K.i.A q - průtok [m3/s] i – hydraulický gradient (spád) A – průtočná plocha [m2] K - hydraulická vodivost je rychlostí pohybu vody prostředím při jednotkovém gradientu (i=1) [m/s] 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Permeabilita Permeabilita (k) vlastností prostředí, která závisí na transmisivitě (T) (vodivosti K) proudícího injekážního média k= K.(/ ) K= T. ( w/w) . ( g/g) w – voda (water) g – injektážní médium (grout) 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Vodní tlaková zkouška Závislost mezi množstvím (Q) injektovaného média a velikostí injektážního tlaku (p). Charakteristické průběhy vodní tlakové zkoušky laminární proudění turbulentní proudění pružné deformace-otvírání trhlin vznik nových trhlin, nebo eroze výplně trhlin zpětný tok-vytékání v důsledku nedostatečné permeability prostředí, nebo ucpání a vyplnění trhlin 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Subjektivní okolnosti Okolnosti volitelné: Injektážní hmoty Návrh procesu injektování 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Injektážní hmoty Injektážní hmoty jsou směsi, které jsou schopny fázové transformace a časově řízeným (kontrolovaným) procesem přejít ze stavu volně tekoucího do stavu trvale pevného. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Injektážní hmoty Základní komponenty: základní, která má schopnost fázové transformace. aktivační, která fázovou transformaci vyvolává. pasivní (plnivo), která nemá schopnost fázové transformace a je doplňkem základní složky. regulační, které upravují dobu fázové transformace, hydraulické vlastnosti směsi (plastifikátor, deflokulační činidlo, apod.) 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Injektážní hmoty Kritéria rozdělení: fyzikální typ hmoty viskozita technologické parametry fázová skladba podávání 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Typ hmoty Newtonova kapalina – pravý roztok .D Binghamova kapalina – suspenze 0+pD  - smykové napětí  - viskozita D – gradient růstu rychlosti proudícího media (dv/dx)  0- koheze (soudržnost; mez kluzu) 1 2 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Viskozita Viskozitou je označováno tření v kapalinách, které brání v jejich pohybu. Jednotkou je N.s.m-2, Pa.s 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Viskozita Měření viskozity MARSHův průtokový viskozimetr rotační viskozimetr Lombardiho deskový viskozimetr 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Technologické parametry Sedimentační stabilita (odstoj, dekantace) Tixotropie 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Fázová skladba Injektážní hmoty jsou nejčastěji tekuté směsi, které mohou být namíseny obecně z tří materiálových fází. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Fázová skladba Základem injektážní hmoty je matrice, obvykle tekutina do níž jsou/mohou být přimíseny další fáze pevná a plynná. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Fázová skladba Ve speciálních případech matricí může být i fáze plynná, do které je přimísena kapalná fáze. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Fázová skladba Kategorie injektážních hmot dle fázové skladby: malty (voda/pevné částice) suspenze zrnitá (voda, kapalina/pevné) suspenze koloidní roztoky koloidní roztoky pravé emulze (kapalina/plyn) aerosoly (plyn/kapalina) pěnící injektážní hmoty (kapalina generující plyn) 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Podávání Typy injektážních hmot dle podávání: jedno složkové dvou složkové - aktivační komponenta injektážní hmoty je oddělena a podávána samostatně 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Podávání – Dvou složkové složky se mísí před vstupem do injektážní jehly složky jsou podávány do prostředí odděleně jedním společný injektážním vrtem, každá složka zvlášť; druhá složka - aktivační komponenta injektážní hmoty je podána až po první složce separátně, každá složka je podávána do prostředí příslušným injektážním vrtem, a mísení obou složek probíhá v prostředí mimo injektážní zařízení. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Rozsah použití injektážních hmot 1 – malta 2 – běžný cement 3 – jemně mletý cement, jílovité materiály 4 – silikáty (vodní sklo) 5 – syntetické pryskyřice 6 – trysková injektáž 7 – velmi jemně mletý cement 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin NÁVRH Okruhy: injektážní hmota injektážní vrty tlak podávání injektážní hmoty množství injektážní hmoty injektážní zařízení postup injektování kontrola rizika 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Injektážní hmota účel chemismus prostředí velikost pórů, tloušťka trhlin 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Injektážní vrty Parametry: průměr délka vystrojení úklon počet sestava 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Tlak podávání injektážní hmoty Tlaky podávání injektážní hmoty se stanovují vodní tlakovou zkouškou. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Tlaky podávání injektážní hmoty Hodnota injektážního tlaku musí zajistit vytlačení vody z pórů a trhlin. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Tlaky podávání injektážní hmoty Prostředí nesmí být tlakem injektážní hmoty porušeno. Výjimkou je pouze klakáž, kdy je cílem injektování dosáhnout porušení prostředí. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Množství injektážní hmoty Hodnota objemu podávané injektážní hmoty se stanovuje vodní tlakovou zkouškou. Tuto hodnotu je nutno považovat za orientační. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Injektážní zařízení Operace: Přípravné – vrtání a zajištění injektážních vrtů, vodní tlaková zkouška Injektování Ukončovací – očistění zařízení injektážní 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Injektážní zařízení Zařízení: Příprava injektážní hmoty Injektážní vrt 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Příprava injektážní hmoty Části: silo, resp. zásobník na komponenty injektážní směsi dávkovací a transportní zařízení zdroj vody mísič směsi domíchávač tlakové čerpadlo kontrolní jednotka k měření tlaku a objemu směsi hadicový rozvod regulační ventil Sestava injektážních zařízení a jejich parametry – výkon jsou určovány typem a požadovaným množstvím injektáží hmoty. 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Injektážní vrt Části: vrt manžetová trubka - perforovaná pažnice vrtu s pryžovými manžetami na perforacích zálivka pažnice injektážní pistole a injektážní jehla s jednoduchým, nebo dvojitým packrem (obturátorem) 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

Injektážní pistole a statický mísič injektážních složek 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Mechanický jednoduchý packer 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Pneumatický a hydraulický dvojitý packer 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Postup injektování Podávání injektážní hmoty do prostředí: jednou sekcí (etáží) od dna vrtu k ústí packeru (jednoduchý) sekční (etážové) vzestupné, postupné od dna k ústí vrtu sekční (etážová) sestupné, postupné od ústí ke dnu vrtu sekční, výběrové, od nejsnadněji injektovatelných úseků k úsekům obtížně injektovatelným 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Postup injektování Podávání injektážní hmoty prostředí: jednorázové opakované se změnou injektážního tlaku a injektážního média 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Kontrola Metody: nepřímé - vyhodnocení záznamu průběhu injektážního tlaku a podaného objemu injektážní hmoty přímé pozorování dosaženého efektu (utěsnění) odběr vzorků injektovaného prostředí 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin Rizika objemové změny dodatečná generace zatížení nežádoucí únik injektážní hmoty do existujících konstrukcí s následky na jejich činnost 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin NORMY ČSN 73 2005 Injekčné práce v stavebníctve (1969) EN 12715:2000 Provádění speciálních geotechnických prací - Injektáže TP 94 Technické podmínky Úprava zemin 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin

© 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin LITERATURA Verfel J. (1992): Injektování hornin a výstavba podzemních stěn.- Bradlo Bratislava KUTZNER, Ch. (1996): Grouting of Rock and Soil. - A.A. Balkema, Rotterdam 20/09/2018 © 2014 Karel Vojtasík – Úprava vlastností hornin a zemin