Zlepšování zemin je již osvědčenou metodou zakládání staveb. Problémům spojenými se zlepšováním zemin byl věnován Mezinárodní seminář o zlepšování zemin - Innsbruck 2000. Seminář byl rozdělen do několika bloků, jak teoretických, tak praktických. Hovořilo se o praktických aplikacích (redukce vlivu podzemní vody při pažení stavebních jam), o ověřování účinnosti hloubkového zhutňování (polní zkoušky, geofyzikální metody, on-line kontrola zhutňování), experimentálních zkouškách včetně cyklického a dynamického zhutňování a o numerickém modelování.

28. a 29. února se na technické univerzitě v Innsbrucku uskutečnil dvoudenní mezinárodní seminář o zlepšování zemin. Seminář byl rozdělen do několika částí: Praktické aplikace zlepšování zemin, metody ověřování zhutňování včetně on-line metod, cyklické zatěžování a quasi statický experimentální výzkum, experimentální výzkum dynamického zlepšování zemin, teoretické přístupy k řešení a numerické modelování: metoda hraničních prvků a modely kontinua.

Zajímavým příspěvkem z praktických aplikací bylo "Zlepšování písčitých štěrků hloubkovým zhutňováním pro redukci podzemní vody" od A. Sidaka (Keller Grundbau, Wien). První aplikací zmíněnou v příspěvku je snížení propustnosti zemních hrazí sloužících k ochraně před povodněmi. Zemní hráze jsou tvořeny písčitými štěrky, snížení propustnosti je dosaženo hloubkovým zhutňováním a zaplněním dutin vzniklých hlubinným zhutňováním pískem ( jedná se vlastně o aplikaci pískových pilot). Druhou aplikací, kde se dá zlepšování zemin pro redukci podzemní vody použít, je využití hloubkového zhutňování při výkopových pracech. Při hloubení stavebních jam se hloubkové zhutňování použije pod dnem budoucího výkopu, přičemž výsledkem je snížení hloubky vetknutí pažící konstrukce (důsledkem hloubkového zhutňování je zvýšení objemové hmotnosti, zvýšení smykových parametrů zemin - tedy snížení koeficientu aktivního tlaku a zvýšení koeficientu pasivního tlaku - a snížení hydraulického gradientu), a menší nebezpečí prolomení dna stavební jámy.

Ověření účinnosti hloubkového zhutňování dynamickou penetrací přednesli R. Cudmani a G. Huber z University Karslruhe. K ověření účinnosti zlepšení parametrů písků po zlepšování hlubinnými výbuchy byly použity CPT a CPTM. Obě metody shodně ukázaly, že při metodě oddělených výbuchů (každá detonace ovlivnila pouze své okolí, nedocházelo tedy ke sčítání účinků od jednotlivých detonací) sice dochází k nárůstu koeficientu zemního tlaku v klidu z hodnot cca 0,5 až na 1,5, ale při opakovaném či cyklickém zatížení dojde k relaxaci zeminy, a tedy k opětovnému snížení zemního tlaku na původní hodnotu. ID se zvýší z hodnoty 0,1 maximálně na 0,3 (jedná se o velmi kypré písky), a metoda zhutňování oddělenými výbuchy tedy nebyla shledána jako vhodná. Při metodě zhutňování ve skupinách je nárůst ID o něco větší než při odděleném zhutňování, největší účinek má však opakované zhutňování, při němž dojde ke zlepšení ID z 0,1 až na 0,5. Zkoušky CPT byly provedeny až do hloubek 40m, zkoušky CPTM byly provedeny do hloubky 20m. Zóna ovlivněná zhutňováním měla poloměr 11m, přičemž sedání povrchu bylo možno naměřit až ve vzdálenosti 14 m od výbuchu. Hodnota odporu na špici byla při zhutňování oddělenými výbuchy i při zhutňování výbuchy ve skupinách zvýšena až trojnásobně, při zhutňování opakovanými výbuchy až pětinásobně.

Dalším způsobem, jak ověřit účinnost zlepšení parametrů zemin, jsou geofyzikální metody (Kontrola zhutnění při zlepšování zemin popílkovými pilíři - Wehr, Berg). Pro ověření zlepšení účinnosti prováděných prací při rekultivaci bývalého hnědeuhelného dolu na území jihovýchodního Německa byly použity seismické metody. Na jejich základě bylo odvozováno číslo pórovitosti a koeficient zemního tlaku v klidu. Před zahájením zhutňování se Ko pohyboval od 1,23 do 1,58 (přičemž hodnoty zemního tlaku vyšší než 1 jsou téměř vždy nečekané), číslo pórovitosti bylo v intervalu 0,85 - 0,91. Pro ověření hodnot byly použity jednak laboratorní zkoušky, jednak přímé měření zemních tlaků. Obě potvrdily hodnoty získané geofyzikálními metodami. Po provedení "popílkových pilot" (piloty byly zhotoveny specielním zařízením pro provádění popílkových pilot, průměry pilot byly 0,54 - 0,63m, osové vzdálenosti pilot byly 1,35 x 1,51 m - plocha připadající na jednu pilotu byla 2,04 m2, objemová hmotnost popílku byla 1,17 - 1,57 g/cm3) byl koeficient zemního tlaku v klidu v intervalu 0,5 - 0,9 a číslo pórovitosti v intervalu 0,28 - 0,48. Zemní tlak i číslo pórovitosti byly opětovně odvozeny na základě geofyzikálního měření a potvrzeny laboratorními zkouškami a přímým měřením zemních tlaků.

Dalším příkladem použití geofyzikálních metod byl příspěvek Dynamické metody pro stanovení tuhosti zhutňovaného podloží (Maranini, Masé, Andrighetti, Zecchi, Fioravante), kde při výstavbě silnic v severovýchodní Itálii byla tuhost podloží zjišťována nejen zkouškami zatěžovací deskou, ale i geofyzikálními metodami. Spektrální analýzou povrchových vln - metoda prováděná in situ, a metodou akustických vln na odebraných vzorcích, což je nová metoda, při které se na odebraný vzorek připevní malé piezoelektrické transducery a vzorek se vloží do triaxiálního přístroje, v němž vzorkem procházejí smykové vlny horizontální a vertikální. Jak z metody akustikých vln, tak ze spektrální analýzy povrchových vln, byly odvozeny objemová hustota a smykový modul. Hodnoty odvozené ze spektrální analýzy povrchových vln jsou nižší než hodnoty odvozené z akustických vln. Tyto rozdíly se však dají připsat rozměrovému efektu a okrajovým podmínkám zkoušek, protože u zkoušky in situ narazíme na systémy trhlin s větší pravděpodobností než u laboratorního vzorku.

W. Fellin (Kontrola účinnosti hloubkového zhutňování) v části věnované on-line kontrole zhutňování uvádí vliv sledování provádění na výslednou kvalitu prací. Pokud je vibrátor v neustálém kontaktu se zhutňovanou zeminou, což je podmínkou pro kvalitní zhutnění - v opačném případě dochází např. k vytváření kaveren v okolí vibrátoru - je jeho pohyb v nesoudržných zeminách kruhový, v případě příměsi jemnozrnných směsí eliptický. Dalším důležitým předpokladem pro kvalitní zhutnění je dostatečný přísun materiálu; v opačném případě hrozí opět vytváření kaveren v okolí vibrátoru. Toto následné sledování prací je další kontrolou účinnosti hloubkového zhutnění a navíc umožňuje okamžitou reakci v případě, že hrozí nedostatečné zhutnění.

V části věnované quasistatickým experimentům a cyklickému zatěžování trojice Vuez, Lanos, Rahal objasňuje, proč je při cyklickém zatěžování amplituda přírustku pórového tlaku vyšší než amplituda přitížení, a diskutuje důležitost stlačitelnosti pórů vyplněných vodou vzhledem ke stlačitelnosti skeletu, přičemž stlačitelnost pórů se v některých případech blíží stlačitelnosti skeletu. V těchto případech je přírůstek pórovového napětí cca o 15% větší než přírůstek zatížení.

Při dynamickém zhutňování představili N. Pralle a G. Gudehus zhutňování pomocí vzduchových impulsů. Tato metoda se používá u velmi kyprých písků, u nichž hrozí ztekucení. Zkoušky byly provedeny jak v laboratoři, tak in situ v hloubkách až 17m. Pomocí vzduchových impulsů byly velmi kypré písky nejdříve ztekuceny při nárůstu pórového napětí. Následné snižování pórového napětí bylo doprovázeno změnou skeletu, respektive zvýšením jeho objemové hmotnosti (tedy zvýšením stupně ulehlosti).

V části věnované numerickým metodám převažovaly modely založené na principu metody hraničních prvků (Simulace jednoosého stlačování a odlehčování metodou hraničních prvků, Modelování hraničními prvky materiálů o různém stupni zhutnění).

Model kontinua založený na teorii hypoplasticity byl přednesen Ivo Herlem: Vliv velikosti tlaku a amplitudy napětí na stupni zhutnění nesoudržných zemin. Hypoplasticita uvažuje při chování zemin jak tlak, tak objemovou hmotnost. K tomu, aby mohla být modelována cylická deformace, byla zavedena tzv. intergranulární deformace. V modelu byl zkoumán vliv amplitudy zatížení na rychlost zhutnění, a na práci potřebnou k zhutnění, a to při všesměrném tlaku (zatížení stejné ve všech směrech), jednoosém tlaku, triaxiálním stlačování a při prostém smyku. Při isotropickém stlačování při zvětšení amplitudy napětí dochází ke snížení času potřebného ke stlačení, roste však práce potřebná ke zhutnění. Při prostém smyku naopak nejnižší poměr ?s/s znamená nejmenší čas potřebný ke zhutnění, nejvyšší poměr ?s/s znamená čas nejdelší (v tomto případě bylo ?s vzato konstantou a měnilo se s). Nejnižší práce potřebná pro zhutnění je při nejvyšším poměru ?s/s (tedy při minimálním s).

Při různém druhu zhutňování byl čas potřebný k dosažení minimálního čísla pórovistosti stejný v případě isotropického napětí a při prostém smyku, a stejný pro jednoosé zatížení a pro triaxiální test (průběh křivek odpovídající jednotlivým stupňům zhutnění byl však pro každý případ jiný, přičemž křivky pro prostý smyk a triaxiál měly tvar přímek, křivky pro trojosé a jednoosé stlačování měly nelineární průběh s klesajícím gradientem), práce potřebná pro zhutnění byla nejnižší u prostého smyku, následována triaxiálním tlakem a jednoosým tlakem, přičemž trojosý tlak potřeboval pro zhutnění práci nejvyšší.

Zajímavým zjištěním je fakt, že zatímco čas potřebný ke zhutnění nezávisí na počátečním stupni napjatosti, práce potřebná ke zhutnění se se zvyšujícím se počátečním stupni napjatosti rovněž zvyšuje.

Celkem bylo v Innsbrucku předneseno 25 příspěvků. Nejpozoruhodnější byl příspěvek jednoho francouzského kolegy, který konstatoval, že zhutňování zemin nemá na jejich vlastnosti žádný vliv. Jeho názor zůstal naštěstí osamocen.

Ing. Jakub Zavoral, AZ Sanace a.s., FSv ČVUT