Životnosť Gabiónových stavieb

Na výrobu zváraných sietí pre gabióny a spojovacieho materiálu sa dnes používa špeciálna antikorózna úprava pod názvom GALFAN®, a to s obchodným označením BEZINAL® alebo s označením CRAPAL 4. Z dôvodu prítomnosti pasívneho hliníku v zliatine je katódová ochrana omnoho účinnejšia, než pri povrchovej úprave samotným zinkom, ako tomu bolo v SR (1990 –2000), respektíve v roku 1894 na objekte v Lido Casalecchio, odkedy datujeme jednu z mnohých gabiónových stavieb plniacich funkciu až do dnešných čias s ochranou samotným Zn, teda preukázateľne viac ako 100 rokov. Takýchto stavieb by sme mohli menovať i viacej. Súčasná ochrana Zn + Al je až trojnásobne účinnejšia a zaisťuje mimoriadnu ochranu pre miesta spletania alebo zvarov. Zlúčenina Zn + Al odstránila problém pri ohýbaní s praskaním vrstvy Zn.

História Galfanu sa datuje od začiatku osemdesiatych rokov a je spojená so snahami oceliarskych spoločností o vylepšenie pozinkovanej ocele. Najvýznamnejšie aktivity prebiehali v CRM (Centre de Recherche Metalurgique) v Belgicku a ILZRO (International Lead-Zinc Research Organisaton). Bolo zistené, že v danej dobe najlepšie výsledky poskytoval pomer Zn 95% a Al 5%. Táto nová zliatina bola nazvaná Galvanisation Fantastique, preto skratka GALFAN® . V súlade s tým bol na trh SR po roku 2000 uvedený nový rad drôtu a drôtených výrobkov s povrchovou úpravou Galfan pod označením BEZINAL® (Bekaert Zinc Aluminium) s odolnosťou min. 1000 hod pri laboratórnych skúškach podľa STN EN 9227. Na trhu pri finančnej pripravenosti investorov by bolo možné bez problémov využívať v zahraničí bežné antikorózne povrchy Zn + Al s odolnosťou min. 3000 hod./lab.

Hlavné zásady kvality

Odolnosť a trvanlivosť drôtu môžeme hodnotiť z laboratórnych hodnôt získaných pri posudzovaní v rámci certifikácie, ako i výsledkov iných výskumných a laboratórnych pracovísk za účelom extrapolácie všeobecného pravidla pre predpovedanie očakávanej životnosti stavebného objektu – konštrukcie. Hlavnými axiómami, ktoré predurčujú odolnosť a životnosť gabiónových konštrukcii sú spojené s nasledovnými parametrami:

Návrh konštrukcie objektu
Vývoj okolitého prostredia v čase a vo vzťahu k objektu
Typ gabionovej siete a stavebnej konštrukcie
Odolnosť a trvanlivosť drôtu siete a spojovacích prvkov
Druh použitej výplne (kameňa) do gabionov
Dodržanie technologického postupu a zásad výstavby gabionov

Ako všeobecné pravidlo môžeme vyjadriť názor, že životnosť optimálne navrhnutého objektu z gabiónov s povrchovou ochranou Zn + Al je z pohľadu porovnateľných konštrukcii mimoriadna. Pri správnej voľbe plniaceho materiálu gabiónov možno pracovať s predpokladom hraničiacim s istotou, že gabiónová stavebná konštrukcia výrazne presiahne návrhovú i reálnu životnosť 100 rokov. Uvedený názor je postavený na predpoklade, že životnosť drôtu s kovovým povlakom vystaveného korozívnym vplyvom a mechanickému pôsobeniu je vyššia, ako čas potrebný na konsolidáciu výplne gabiónov a okolia narušeného výstavbou (zhutnenie a odvodnenie prostredia).

V prípade, ak nepredpokladáme vplyv konsolidácie ako jeden z bezpečnostných faktorov a budeme brať do úvahy len správanie pozinkovaného oceľového drôtu, je zrejmé, že prvoradá bude úroveň kvality povrchovej ochrany Zn + Al, ktorá sa má v súčasnosti realizovať na základe STN EN 10 244-2 : 2009 clas. A . (povlaky zo zinku a zliatin zinku kvality "A"). Samozrejme neoddeliteľný parameter predpokladanej reálnej životnosti je použitý priemer drôtu najslabšej časti gabiónu (siete, spojovacieho prvku, ... ).

T _{spotreby Zn+Al}+ T _{straty únosnosti drôtu} = T _{čas prirodzenej konsolidácie}

Je jasné, že v prípade cestných a železničných stavieb "nekonsolidovaný" stav konštrukcie a okolia prakticky nemôže nastať. Gabiónové konštrukcie sú určené ako náhrada železobetónových konštrukcii a musia už v návrhu konštrukcie (projekt) v statickom posúdení splniť svoju úlohu stability násypu alebo svahu s predpokladom rýchlej krátkodobej konsolidácie gabiónového objektu i okolia. A tak musia byť aj realizované.

Korózia zinkových povlakov a ich zmesí

Korózia je elektrochemický jav, ktorý sa uplatňuje pri výskyte rozdielnych potenciálov medzi dvomi prepojenými elektrolytmi. Takýto rozdiel v potenciáloch môže pre oceľový drôt v prirodzenom prostredí vyvolať rozdiel v koncentrácii solí a kyslíka v samotnom okolí povrchu drôtu. To môže produkovať elektrolytickú bunku a tok elektrického prúdu ako predpoklad úbytku kovu – koróziu.

Hlavná účinná metóda prekonania tohto problému je pozinkovanie a obzvlášť žiarové pozinkovanie. Oxidoredukčný spôsob zinkovania je určený pre kontinuálny spôsob zinkovania drôtu. Vzniknuté zinkové povlaky sú spojené so základným materiálom difúznou medzivrstvou zloženou z Fe a Zn.

Zinok vytvára pevný povlak s dlhodobou životnosťou – vytvára barierový efekt. Zinok tzv. obetuje sám seba čo znamená, že poskytuje katodickú ochranu pretože má nižší elektródový potenciál než železo. Ako súčasť technologického procesu zinkovania sa môže do zinkového kúpeľa pridávať malé množstvo prísadových prvkov ako hliník, cín, ... Prísadové prvky ovplyvňujú štruktúru zinkového povlaku a ich obsah nemusí byť normalizovaný. Prísady, tzn. aj Al v zliatine Zn + Al ovplyvňujú hlavne mechanické vlastnosti povlaku (korozívnej ochrany – napríklad na ohyb).

Zinok na svojom povrchu (na povrchu chráneného drôtu) vytvára ochrannú vrstvu oxidov zinku a hydroxidov zinku. Oxidy sú veľmi stabilné a od kvality vrstvy oxidov záleží životnosť materiálu. Hydroxidy sú menej stabilné a pre ochranu drôtu nežiadúce. Po vytvorení kompletnej ochrannej vrstvy oxidov sa proces korózie – spotreby Zn významne spomalí.

V prípade ak ochranná vrstva nieje kompletná alebo sa vôbec nevytvorila (napríklad pod vrstvou PVC) dochádza pri kontakte s vodou ku vzniku bielej korózie – hrdze. Biela hrdza je vytvorená poréznymi oxidmi a karbonátmi Zn. Vrstva bielej hrdze má želatínový, pórovitý charakter a rýchlo odpadá z povrchu Zn, čím sa proces korózie a prehrdzavenia zrýchľuje. Naproti tomu pri tvorbe ZnO dochádza takmer k jej zastaveniu. Z uvedeného dôvodu je žiaduce pred montážou gabionov zabezpečiť uskladnenie na vetranom mieste.

Pozn.:
Oxidy :
ZnO – biela kryštalická látka – zinková beloba . Biely oxid zinočnatý vzniká viazaním sa na kyslík alebo dehydratáciou bieleho Zn(OH)2
Hydroxidy :
Zn(OH)2 – hydroxid zinočnatý – "biela korózia".

Prídavná antikorózna ochrana

V prípade kontaktu s tečúcou vodou, za predpokladu abrazívneho opotrebenia a náročného chemicky agresívneho prostredia, sa zvažuje použitie organických povlakov ako prídavnej antikorozívnej ochrany. V prípade gabiónov je to obvykle PVC (Zn + Al na úrovni trieda A – hrubé pozinkovanie) alebo PA (Zn + Al na úrovni E – obchodné pozinkovanie).

Povrch PVC na drôte pre gabiónové koše sa síce javí ako prídavná ochrana, avšak v prípade neuváženého konania projektanta alebo realizátora gabiónovej konštrukcie a predpísanie jej naplnenia ostrohranným kamením dôjde vplyvom ostrých hrán a hmotnosti kameňa k mnohopočetnému lokálnemu znehodnoteniu tohto ochranného PVC povrchu. Na zničených miestach môže dôjsť k masívnej tvorbe bielej korózie Zn a v rýchlom slede i hnedej korózii Fe. Problémom zostáva i nevytvorenie oxidovanej ochrannej vrstvy pod povlakom PVC pri skladovaní. Investícia do prídavnej izolácie tak nesplní očakávania a vzhľadom na použitie nízkopriemerových drôtov (2,20 – 2,70 mm) i predpoklad nedosiahnutia návrhovej predpokladanej životnosti diela.

^{Siete s antikorozívnou ochranou Zn + Al + PVC}

Na základe uvedeného sa javí vhodnejšie navrhovanie a využívanie gabiónov bez prídavného povrchu PVC použitie gabiónov z drôtu priemeru minimálne alebo viac ako 3,00 mm s povlakom Zn+Al v súlade s STN EN 10 244-2:2001 class. A pre gabióny. Taktiež v súlade s aktualizovanými TKP časť 31 s odolnosťou min. 1000 hod/lab STN EN 9227 je z pohľadu očakávanej životnosti jednoznačnejšie.

Použitie prídavného antikorózneho povrchu PVC (PA) vyžaduje zo strany realizátora použitie napríklad opracovaného plochého kameniva ukladaného na plocho v celom objeme gabionu a ochranu gabiónového objektu a sietí, použitých napr. ako vodorovnej výstuže, vhodnou geotextíliou proti poškodeniu ostrohranným kamenivom zo zásypového materiálu alebo vystuženého svahu. Mimoriadne vhodné je použitie obliakov – riečnych štrkov vhodnej frakcie. Celková gravitačná hmotnosť kameniva z výplne gabiónu pôsobí i na použité ploché kamene ukladané opatrne. Svojimi neopracovanými plochami spôsobia taktiež škody i keď môžeme zvažovať menšie percento poškodenia. Prípadné použitie výplne z ostrohranného kameniva je samozrejme devastačné.

^{Laboratórne skúšky EN 9227 – množstvo Zn + Al / hodiny po prvú koróziu}

Taktiež musí byť zvážená otázka požiarnej bezpečnosti gabiónového objektu posúdením možnosti ohrozenia a zničenia prídavnej ochrany PVC požiarom z automobilovej nehody alebo založeného nezodpovednou osobou. Na uvedené problémy spojené s voľbou vhodnej korozívnej ochrany je poukázané i v TKP č. 31 Zvláštne zemné konštrukcie .

Zákonný rámec kontroly kvality antikoróznej ochrany gabiónov

Neuvážené deklarovanie noriem STN EN 10 223-3 a STN EN 10 223-8 v poslednom období ako etalonu životnosti je nezodpovedné bez náležitého posúdenia pôdneho prostredia a hlavne kvality plniaceho kameniva a zásypovej štruktúrovanej zeminy - v oboch prípadoch s ostrohranným kamenivom. Predmetné normy sa nesmú spájať a využívať pre konštrukcie v inom prostredí ako atmosférickom (voľný priestor). V normách nie je žiadna zmienka o kamenive v gabiónoch ani o kontakte sietí s kameňom. Predmetné normy sa nezaoberajú životnosťou gabiónov alebo gabiónovými konštrukciami! Predmetné normy pracujú len s koróziou ochrannej vrstvy drôtu (siete, pletivá) po prvé známky korózie zistené laboratórne na základe EN 9227 bez vyhodnotenia celkovej spotreby ochranného povlaku a času korózie samotnej ocele po stratu funkčnosti. Náležité zváženie všetkých parametrov gabiónových objektov vrátane štruktúry a druhu kameniva či štruktúrnej zeminy, priemeru drôtu na gabiónové koše vrátane spojovacieho materiálu je viac ako dôležité. Životnosť možno vyvodzovať len zo životnosti konštrukcie pri jeho praktickom použití, čím sa javia predmetné normy zásadne nepoužiteľné pre zvláštne zemné konštrukcie na cestných a inžinierskych stavbách. Životnosť stavby je daná jeho najslabšou súčasťou (spojovací materiál gabiónových košov - matracov, kameň, hutnenie, spôsob plnenia, ...)

Korózia v prírodných vodách

V prostredí prírodných vôd zvyčajne vykazuje zinok menšie hodnoty korózie. To je jednak spôsobené tým, že prírodné vody obsahujú množstvo rozpustených látok, alebo karbonáty, ktoré majú tendenciu vytvárať ochranné povlaky. Do takéhoto prostredia s predpokladom plnenia gabiónov riečnymi obliakmi a výskytom plávajúcich pieskov je možné zvažovať aj prídavnú ochranu povlakom z PVC.

^{Úprava brehov prírodných vôd}

Korózia v pôde

Žiarovo zinkovaná oceľ prichádza do úvahy ako materiál do zeme. Gabióny a gabiónové siete sú takýmto výrobkom, ktorý je v kontakte so zeminou v zásype. Korozívne reakcie sú dané samozrejme povahou zemného materiálu a elektrochemickými prúdmi. Pre tvorbu korozívnych povlakov je potrebný kyslík. To znamená, že ťažké pôdy (súdržné zeminy) sú menej vhodné ako sypké (nesúdržné) zeminy - obsahujúce kamenivo .

Korozívna agresivita rôznych typov pôdy :

	Druh pôdy	Agresivita
1.	vápencová, pieskovcový íl	malá
2.	piesčitá, štrkovitá	stredná
3.	ílovitá, rašelinná, humusová	veľká

Vďaka katodickej ochrane, ktorú zinok poskytuje, nemôže hrdza prenikať pod zinkový povlak a spôsobiť poškodenie takého charakteru, ako je tomu u organických povlakov (farby), alebo ušľachtilejších, ako je napríklad PVC po poškodení ostrohranným štruktúrnym materiálom.

Korózia gabionov a posypové soli.

V praxi sa objavujú otázky kvality gabiónov týkajúce sa korózie spôsobenej posypovými soľami. Podľa dostupných informácii posypové soli obsahujúce MgCl2 nespôsobujú zvýšenú koróziu Zn oproti soliam s obsahom NaCl, skôr naopak. Mg umožňuje zmenu pH na maximálnu hodnotu pH=10,2. Odborníci z oblasti korózie kovov vyjadrujú názor, že práve to je hlavný hnací faktor pre používanie Zn + A l+ MM (misch metal s prímesou Mg). Zlúčenina Mg(OH)2 vytvorí povlak, ktorý následne odoláva oxidácii a zmierňuje lokálne pH. Uvedená vlastnosť spôsobuje nižšiu korozívnu stratu a vznik MgCO3. Je možné vysloviť názor, že posypové soli s obsahom Mg a zinkové povrchy s obsahom Mg znižujú koróziu Zn oproti predpokladom založeným na skúškach v súlade s STN ISO 9227, čo podporujú aj praktické skúsenosti z reálnych stavieb.

^{Úprava krajnice cesty}

Kontrola kvality gabionových stavieb z pohľadu životnosti

Kontrolnú činnosť treba zahájiť už pri príprave stavby, pre zistenie vád projektu, ktorý obsahuje nekompatibilné návrhy gabiónového materiálu a plniaceho či zásypového materiálu, ktoré by mohli ohroziť návrhovú a predpokladanú životnosť objektu a stavby alebo narušiť stabilitu a funkčnosť.

Kompletnosť projektovej dokumentácie:

statický posudok objektu s posúdením:
- vnútornej a vonkajšej tuhosti gabionovej konštrukcie nahrádzajúcej betónovú konštrukciu a plniacu statickú funkciu
- deformácii konštrukcie objektu
autorizáciu návrhu geotextílie resp . iného filtra za gabionovým objektom statikom, vzhľadom na možnosť havárie objektu po kolmatácii ( zanesení ) geotextílie-zásypového filtra jemnými časticami a stúpnutím hydraulického tlaku
technické a kvalitatívne parametre gabionových sietí, spojovacích a výstužných prvkov:
- priemer a kvalita drôtu min. rovnaká všetkých prvkov
- charakteristika siete z hľadiska očakávanej tvarovej stability
- korozívna odolnosť min. 1000 hod ( STN EN 9227 ) – cesty I.Tr., D, R, Železnice
  - vrstva Zn+Al na úrovni min. STN EN 10 244-2 trieda A.
- korozívna odolnosť min. 500 hod ( STN EN 9227 ) – cesty II.+ III. Tr., ostatné
  - vrstva Zn+Al na úrovni min. STN EN 10 244-2 trieda B.
- prídavná korozívna ochrana PVC ( PA )
  - odolnosť min. 3000 hod ( UV žiarenie ) – cesty I.Tr., D, R, Železnice
  - odolnosť min. 2000 hod ( UV žiarenie ) – cesty II.+ III. Tr., Ostatné
  - odolnosť voči prierazu ostrohranným kamenivom
  - odolnosť voči praskaniu organického povlaku počas montáže
technické a kvalitatívne parametre kameňa a zásypového materiálu
- kameň z pohľadu návrhovej životnosti objektu
  - rozmery a štruktúra kameniva
  - geometrický tvar a druh kameňa z dôvodu prieraznosti prídavnej ochrany
  - nasiakavosť
  - odolnosť mrazových cyklov
  - odolnosť proti rozdrveniu nadložím a zaťažením
- zásypový materiál za múr ( svahu )
  - Parametre šmykovej pevnosti v súlade so statickým posúdením a návrhom
  - Tvar a kvalita častíc zeminy ( ostrohranné , oblé, ... )

Materiál na stavbe pred a počas montáže a plnenia gabionov:

priemer a kvalita drôtu min. rovnaká všetkých prvkov
charakteristika siete z hľadiska očakávanej tvarovej stability
potvrdenie parametrov gabionov predajcom na základe certifikátu SK ( EU )
- korozívna odolnosť Zn+Al na základe skúšok STN EN 9227
- vrstva Zn+Al na úrovni min. STN EN 10 244-2
- odolnosť UV žiarenie
- odolnosť prídavnej ochrany voči prierazu a praskaniu
- druh a kvalita kameňa z pohľadu návrhovej životnosti objektu
uskladnenie gabionov a kameňa zabezpečujúci odtok vody a vetranie
obsah % jemných častíc v gabionoch a zadnom zásype v súlade s projektom
rozmery kameniva a geometrický tvar
dodržiavanie technológie ukladania a plnenia gabionov a zadného zásypu
dodržiavanie polohy ukladania kameňa v celom objeme gabionu

Použitá literatúra:

Korrosionsverhalten von feuerverzinktem Stahl – Stal-Informations-Zentrum ,Merkbatt 400 (1990)
Durability of gabion struktures – Zn & PVC – Maccaferri (1994)
Korozia sietí zváraných z pozinkovaných drôtov podľa DIN 50 021 a prevod do reálneho času – TSUS SR (1995)
Životnosť Gabionovej stavebnej konštrukcie BLOCK-SK® - COMPAG s.r.o. (1995)
STN EN 10 244-2, - Neželezné kovové povlaky na oceľovom drôte. Časť 2: Povlaky zo zinku a zliatin zinku
STN EN 10 223-3:2001 – neplatná - Časť 3: Drôtené oceľové pletivo so šesťuholníkovými okami na priemyselné účely.
STN EN 10 223-3:2014 – Časť 3: Drôtené oceľové pletivo so šesťuholníkovými okami na priemyselné účely.
STN EN 10 223-8:2014 – Časť 8: Zvárané siete na gabiónové produkty
STN ISO 9227:1990 – Korózne skúšky v umelých atmosférach – Skúšky v soľnej hmle (nahradila DIN 50 021 )
Návod na vypracovanie projektovej dokumentácie pre gabiony – Ing. Eduard Vašík & kolektív (1993)
Povrchová úprava BEZINAL® - Bekaert a.s. - (2009)
Technické plasty – TORMIRTECH,s.r.o. - (2011)
Studie o použití gabionú na elektrizovaných tratích – Elektrizace Dopravy spol. s r.o. Praha - (1997)
Report on structural study of two types of gabion mesh – The university of new south weles (1979)
TKP č. 31 – Zvláštne zemné konštrukcie – MDaRR SR – (2014)