Dilatácie sú pre mosty časovanou bombou

Každodenné správy ohlasujúce poruchy dilatácií, respektíve prechodových konštrukcií, na mostoch apelujú na potrebu zásadného riešenia tohto problému. Poruchy sa objavujú pravidelne a na Slovensku sa doteraz nenašiel účinný liek, ktorý by ich dokázal eliminovať. S pribúdajúcimi mostmi pribúdajú aj dilatácie. Tie sa však so železnou pravidelnosťou kazia, a tak sa začína postupná devastácia takmer všetkých mostov. Pravidelné poruchy a opravy prinášajú do cestnej dopravy aj významné finančné straty.

Počas aktívnej profesionálnej kariéry projektanta mi často chýbal priestor na posúdenie globálnych problémov mostných konštrukcií. Až teraz, keď mám dostatok času, spoliehajúc sa na isté nadobudnuté skúsenosti, mám možnosť pozorovať, triediť, vyhodnocovať udalosti týkajúce sa mostného staviteľstva na Slovensku. Rád by som sa o svoje poznatky zo štúdia a sledovania problémov mostných konštrukcií podelil s mostárskou spoločnosťou. V súvislosti s dilatáciami mi nedá nespomenúť zosnulého prof. J. Trokana. Bol síce výborný rečník, no nám, vtedy mladším inžinierom, prekážalo, že témou jeho príspevkov na rôznych konferenciách boli vždy dilatácie a ložiská. Túto jednostrannosť sme prisudzovali menšej aktivite profesora v teoretických disciplínach. Až teraz si uvedomujem, že jeho prorocké vízie mali veľmi racionálne jadro – už vtedy odhalil a upozorňoval na slabé miesto mostného staviteľstva. Dilatácie sú pre mosty časovanou bombou.

Vývoj prechodových konštrukcií

Patrím už medzi pamätníkov vývoja mostného staviteľstva od 60. rokov minulého storočia, preto môžem opísať vývoj v oblasti prechodových konštrukcií. Na začiatku môjho pôsobenia ako projektanta sa návrh dilatácií riešil jednou prílohou, ktorá sa minimálne obmieňala v závislosti od šírky a dĺžky mosta. Išlo o jednoduchý plechový zvarenec s kotvami. Podobný typ dilatácie bol odporúčaný aj v oficiálnych podkladoch na projektovanie mostov. Odtok pretekajúcej vody sa riešil žľabom na úložnom prahu. Životnosť týchto dilatácií bola minimálna – zvyčajne už po prvej zimnej údržbe sme nachádzali vytrhnuté časti zvarenca mimo mosta a škára sa opakovane vypĺňala živicovou výplňou. Tento stav nemohol zostať nepovšimnutý a centrálne inštitúcie postupne zabezpečili nové licenčné typy dilatácií, schematicky vykreslené na obr. 1 až 4.

Obr. 1  Licenčný typ dilatácie – MZ 80J

Obr. 2  Licenčný typ dilatácie – MZ 3W

Prvotné nadšenie z nových dilatačných zariadení vystriedalo sklamanie z poruchovosti a krátkej životnosti zavádzaných typov dilatácií. Dôvody porúch boli rôzne – nekvalitná inštalácia, nedostatočné kotvenie, poruchy konštrukcie z únavových dôvodov, vytváranie koľají v živičnom kryte v bezprostrednej blízkosti dilatácie a s tým spojený vznik nezvládnutých dynamických a savých účinkov. Dilatácie nedostatočne vzdorujú aj účinkom vzájomných pohybov spodnej stavby a nosnej konštrukcie a nie sú dostatočne dimenzované na vynútené priečne pohyby v dôsledku tepelných zmien a rôznej vodivosti ocele a betónu. Problémom sa čoraz častejšie stáva aj vysoká hlučnosť prechodových konštrukcií pri prejazde vozidiel. Napriek tomu, že pracovníci Národnej diaľničnej spoločnosti (NDS) iniciovali rôzne akcie na zlepšenie súčasného stavu a mnohé slabé miesta sa vylepšili, výsledok je však stále neuspokojivý – krátka životnosť dilatácií. Zdá sa však, že všetkým, ktorí sa zaoberajú projektovaním, zhotovením a údržbou mostov, unikol jeden rozhodujúci fakt – mosty majú životnosť približne 100 rokov.

Obr. 3  Licenčný typ dilatácie – MZ GHH A30 – 60

Obr. 4  Licenčný typ dilatácie – MZ GHH Transflex

Na takýto čas funkčnosti sú projektované a zhotovené. V porovnaní s robustnou mostnou konštrukciou sú dilatácie na týchto mostoch výrazne subtílnejšie, a to aj napriek tomu, že sú najviac priamo namáhané dopravou a všetkými ostatnými zaťažujúcimi vplyvmi. Tento objektívny fakt treba zaregistrovať a primerane naň reagovať. Znamená to, že musíme akceptovať skutočnosť, že dilatácie (prechodové konštrukcie) bude potrebné v priebehu funkčnosti (životnosti) mosta niekoľkokrát opraviť, prípadne vymeniť. Pre mosty teda treba zabezpečiť projekt a realizáciu takej dilatácie, ktorá sa dá opraviť, prípadne vymeniť niekoľkokrát počas životnosti mosta. To všetko pod podmienkou, že doprava na moste bude v priebehu opravy alebo výmeny dilatácie minimálne narušená. Dopravná výluka bude povolená iba v nočných hodinách a iba na 1,5-násobku dopravného pruhu. Toto je akceptovateľné obmedzenie dopravy na moste.

V Európe existujú firmy s filozofiou o potrebnej výmene prechodovej konštrukcie v priebehu životnosti mosta a o minimalizovaní obmedzenia dopravy na moste a ponúkajú overené riešenia, ktoré spĺňajú naznačené podmienky. Na európskom trhu nájdeme aj modulárne systémy dilatácií, ktoré umožňujú ich výmenu v priebehu životnosti mosta. Sú podstatne drahšie, no v porovnaní s finančnými stratami, ktoré vznikajú v dôsledku výluky dopravy, ide stále o efektívne riešenie.

Obr. 6  Integrovaný most Sunniberg projektovaný švajčiarskym inžinierom Christianom Mennom

Riešenie poruchovosti dilatácií

Domnievam sa, že celé riešenie problému poruchovosti dilatácií by malo byť v réžii NDS. Žiadalo by sa vytvorenie špecializovanej skupiny odborníkov, ktorí by veľmi podrobne kontrolovali nielen projekt dilatácie, ale aj projekt budúcej opravy dilatácie. Ten by mal byť povinnou súčasťou samotného projektu. Tí istí odborníci by mali kontrolovať aj správnosť realizácie na stavbe mosta. Je prirodzené, že takto zhotovené dilatácie by mali mať predĺžené záručné obdobie – moja predstava sa pohybuje okolo 15 rokov záruky za zhotovenú dilatáciu. Treba zrealizovať také opatrenia, aby z tejto záručnej povinnosti nebolo úniku v podobe zániku firmy, ktorá prevzala takýto záväzok. Opísaný spôsob manipulácie s dilatáciami na mostoch považujem za možné a takmer okamžité riešenie naznačeného problému.

Integrované mosty

Naskytá sa však nové revolučné riešenie, ktoré sa nezadržateľne šíri svetom mostných konštrukcií – je to rozvoj integrovaných mostov. Väčšine odborníkov z oblasti mostného staviteľstva je už tento typ mostov známy. Ide o mosty, pri ktorých je nosná konštrukcia spojená s oporou bez ložísk a dilatácií. Most ako jeden celok reaguje na všetky podnety na deformácie – zaťaženie dopravou, predpätie, zmrštenie, dotvarovanie, teplotné zmeny, poklesy podpier, zemné tlaky, zemetrasenie.

Integrovaný most ako jeden celok je vložený do zeminového prostredia a so stavebnou hmotou, teda zeminou, je vo vzájomnom pôsobení. Medzi integrované mosty patria aj mosty, na ktorých opore sú ložiská, ale nosná konštrukcia je bez škáry spojená so záverným múrikom a sú teda bez dilatácie. Prípadné posuny sa realizujú na vozovke v kontakte s prechodovou doskou. Tieto mosty nazývame polointegrované. Na internete možno nájsť desiatky príspevkov o integrovaných mostoch. Zdá sa, že v tejto oblasti najviac pokročili v USA. Niektoré fakty o integrovaných mostoch v USA:

• spolu sa postavilo už viac ako 13-tisíc integrovaných mostov,
• najdlhší má dĺžku 358 m,
• najväčšia šikmosť 30°,
• teplotné rozpätie je od –35 do +50 °C.

Samozrejme, vzhľadom na veľký počet realizovaných integrovaných mostov sa v USA vykonal rozsiahly prieskum kvality týchto mostov. Väčšinou sa konštatoval vynikajúci stav bez potreby závažnejšej opravy. Objavujú sa dokonca objednávky na zmenu už realizovaných štandardných mostov na mosty integrované a niektoré zmeny sa aj vykonali. Integrované mosty poskytujú najmä tieto výhody:

• prvotná cena na zhotovenie integrovaného mosta je nižšia v porovnaní s konvenčnými mostmi (odpadá cena za ložiská a dilatácie);
• kontrola integrovaných mostov ukazuje na ich vyššiu životnosť v porovnaní s konvenčnými mostmi. Nevyskytli sa nijaké výraznejšie poruchy, stav kontrolovaných mostov po 15 rokoch bol vyhodnotený ako výborný a veľmi dobrý;
• údržba integrovaných mostov je podstatne jednoduchšia a lacnejšia v porovnaní s údržbou konvenčných mostov. Prípadné škáry sa vytvárajú mimo mostnej konštrukcie na vozovke. Údržba mimo mosta na vozovke je nenáročná a neporovnateľne jednoduchšia. Správy o integrovaných mostoch však väčšinou konštatujú, že ide o bezúdržbové mosty;
• pri zimnej údržbe neexistuje zatekanie posypových solí do konštrukcie mosta, z toho dôvodu možno vykonávať plynulé, potrebné preventívne zimné posypy. Predpokladá sa podstatné zvýšenie životnosti mostov;
• jazda po moste bez dilatácie je podstatne komfortnejšia a bezhlučná;
• koncové zdvíhacie sily sú kompenzované vlastnou tiažou opôr. Umožňuje to navrhovať kratšie koncové polia a často žiadané predĺženie stredného poľa, ktoré pri trojpo­ľovom moste prekračuje prekážky. To má veľký význam pri štandardnom premostení diaľnice – je tak pripravený priestor na dodatočné rozšírenie diaľnice pod mostom;
• vykonané štúdie potvrdili vyššiu odolnosť integrovaných mostov proti účinkom zemetrasenia.

Rozvoju integrovaných mostov v USA pomáha aj fakt, že v jednotlivých štátoch vydávajú návody na projektovanie (design guide­lines) a dokumentáciu akceptovaných a overených štandardných detailov (standards details) inštitúcie, ktoré sa starajú o dopravnú infraštruktúru (US Department of Transportation). Je zaujímavé, že z dôvodu rôznych klimatických a iných podmienok každý z týchto federálnych štátov vydáva svoje dokumenty, ktoré sa opierajú o skúsenosti s integrovanými mostmi v príslušnej oblasti. Tieto dokumenty sa na základe výsledkov sledovania stavu napätosti a posunov priebežne vylepšujú a dopĺňajú. Vzhľadom na preukázateľné výhody počet integrovaných mostov v USA neustále rastie a v niektorých štátoch sa mosty s dĺžkou pod 60 m musia povinne navrhovať a realizovať ako mosty bez dilatácií. Vyvíja sa silný tlak, aby sa aj dlhšie mosty realizovali ako inte­grované.

Obr. 8  Plne integrovaná opora na pilótach – prefabrikovaný nosník

Integrované mosty v Európe

Aj keď v Európe je v porovnaní s USA absolútny počet integrovaných mostov nižší, ich množstvo prudko rastie. Badať istý rozdiel pri riešení problémov – v USA sa vo veľkej miere spoliehajú na výsledky meraní a experimentov a rozhoduje ekonomický benefit. V Európe je snaha o čo najpresnejšie teoretické riešenie. Najväčším problémom integrovaných mostov je určenie vplyvu zásypu okolo kompaktnej mostnej konštrukcie na prvky mosta a určenie ich vzájomnej interakcie v rozličnom časovom období. Veľkosť vznikajúcich vynútených namáhaní závisí od časového pôsobenia, teplotných zmien, geometrie mosta, pomerov tuhostí medzi hornou a spodnou stavbou, ako aj kvality základovej pôdy. Táto neistota najviac bráni ešte väčšiemu rozvoju nového typu mostov. Osamelí projektanti celkom prirodzene neprevezmú riziko vyplývajúce z nedefinovaných normových hodnôt vzájomného pôsobenia zeminy a mostnej konštrukcie. Práve v tejto oblasti v okolitých, mostársky vyspelých štátoch pripravujú pre projektantov záväzné a overené podklady.

Aktivity v oblasti integrovaných mostov v Rakúsku veľmi podrobne opísal hosť 14. mostárskej konferencie v Nimnici v roku 2008 (konferenciu organizovala NDS). Už pozorné preštudovanie tohto skvelého príspevku Dr. Geiera je vynikajúcim zasvätením do problematiky integrovaných mostov. Autor príspevku informoval, že v Rakúsku sa v rámci výskumného projektu pripravuje smernica pre integrované mosty. Táto smernica má ambíciu dať projektantovi podklady, ktoré umožnia navrhnúť aj dlhšie mosty (cieľom sú až 200 m dlhé mosty) bez ložísk a mostných záverov. Okrem toho sa má pripravovaná smernica zaoberať aj prípadnou prestavbou existujúcich stavebných objektov. Podľa Dr. Geiera doterajšie skúsenosti ukazujú, že integrovaný stavebný spôsob predstavuje najhospodárnejšie a technicky najzmysluplnejšie riešenie mostov s menšou a strednou dĺžkou. Aj vo Švajčiarsku je čoraz zreteľnejší trend využívania predností integrovaných mostov. Už pri výstavbe základnej diaľničnej siete v rokoch 1960 až 1985 sa veľké množstvo železobetónových a predpätých mostov navrhlo a realizovalo ako integrovaný objekt. Na základe dobrých skúseností s týmito mostmi a, naopak, nespokojnosti so životnosťou mostov s dilatáciou vydal švajčiarsky dopravný úrad (FEDRO) v roku 1990 oficiálny návod na navrhovanie integrovaných mostov. V tomto dokumente je zakotvená povinnosť navrhovať všetky mosty do dĺžky 60 m ako integrované, t. j. bez prechodových konštrukcií – dilatácií. V dôsledku toho viac ako 40 % diaľničných mostov spravovaných FEDRO patrí medzi bezdilatačné mostné konštrukcie. Pripravujú sa dokumenty, ktoré majú umožniť navrhovanie a realizáciu mostov do dĺžky 90 m.

V Nemecku sa takisto uplatňujú bezdilatačné mosty. Na novobudovanej rýchlostnej železničnej trati Norimberg – Berlín sú vo výstavbe dva pozoruhodné železničné mosty, pri ktorých sú ložiská nahradené tuhým spojením spodnej a hornej stavby. Nemeckí odborníci sa už tradične snažia o precíznu teoretickú korektnosť a ich dokumenty o integrovaných mostoch sú mimoriadne komplexné. Príkladom je 77-stranová publikácia o spriahnutých mostoch s integrovanými oporami, vypracovaná v rámci medzinárodnej spolupráce univerzitami v Aachene, Lulei a Liege.

Je však badateľné, že počet realizovaných integrovaných mostov v Nemecku je skromnejší a prekvapujúco pre tento nový typ mostnej konštrukcie ešte nemajú oficiálnu smernicu. Hlavní dodávatelia dilatácií a ložísk už zacítili nebezpečenstvo straty odbytu a usilujú sa o obranu konvenčných mostov s dilatáciami a ložiskami. Myslím si, že tvrdenie zástupcu firmy Maurer, že podľa nemeckých predpisov má dilatácia životnosť najmenej 40 rokov, je sporné.

Na Slovensku máme s dilatáciami úplne iné skúsenosti. Prekvapujúco Fíni informujú, že za ostatných 10 rokov postavili viac ako 1 000 mostov bez dilatácie a v dokumentoch vyslovujú spokojnosť s ich kvalitou. Iba v niektorých prípadoch bola potrebná údržba vozovky mimo mosta. Vo Veľkej Británii po neuspokojivých výsledkoch prehliadky vyše 200 diaľničných mostov s dilatáciami a ložiskami pristúpili k radikálnemu kroku – Highway Agency vydala manuál, v ktorom prikazuje, aby sa všetky mosty kratšie ako 60 m navrhovali a realizovali ako integrované. V Taliansku sa môžu pochváliť realizáciou pravdepodobne zatiaľ najdlhšieho integrova­ného mosta na svete. Most Isola della Scala s 13 mostnými poľami má dĺžku 400,8 m. Rozvoj integrovaných mostov hlásia aj z Ázie a Austrálie. Množstvo teoretických prác o integrovaných mostoch, ako aj vydarených realizácií sa dá nájsť aj v susedných Čechách.

Záver

Predložený príspevok o nezadržateľnom šírení integrovaných mostov na celom svete má jeden základný cieľ – vyprovokovať okamžité zapojenie slovenských mostných odborníkov do vypracovania smernice na projektovanie a výstavbu integrovaných mostov na Slovensku. Domnievam sa, že táto úloha prislúcha ministerstvu dopravy, respektíve NDS. V Rakúsku to bolo spolkové ministerstvo pre dopravu, ktoré iniciovalo a podporovalo vypracovanie smernice pre integrované mosty. Žiada sa pripomenúť, že na Slovensku máme v súvislosti s integrovanými mostmi svoju tradíciu. Celé desaťročia sa navrhovali jednopoľové mosty aj bez dilatácií – išlo o takzvané rozperákové mosty. Nosná konštrukcia bola kĺbovo spojená s oporou. Opora bola dimenzovaná na pasívny zemný tlak, pričom sa počítalo s natočením základu v horninovom prostredí. Hodnota natočenia sa odvodzovala z vizionárskej knihy profesora STVŠ Dr. Ing. Wüncha Tuhý základ a pružný polpriestor. Toto riešenie bolo akceptované a nikdy nespôsobilo problémy v doprave. Prof. Wünch svojou knihou predbehol technický vývoj o celé desaťročia. Pokiaľ mi je známe, v súčasnosti sú postavené na Slovensku iba dva integrované mosty projektované firmou CEMOS. Za túto iniciatívu im patrí uznanie. Som presvedčený, že aj v súčasnosti je na Slovensku dosť intelektuálnej a vedomostnej kapacity, aby sa v krátkom čase vytvoril žiadaný dokument. Môžeme čerpať z veľkého množstva prístupných odborných dokumentov o integrovaných a polointegrovaných mostoch. Treba si uvedomiť, že iniciatívu nemožno očakávať od jednotlivých projektantov ani od projektových firiem – všetci sa musia oprieť o schválený oficiálny dokument podporujúci nový trend pri výstavbe mostov. Existuje však veľa dôkazov, že v tomto prípade ide o úsporu desiatok miliónov eur a zachovanie plynulosti dopravy na Slovensku. Bola by to aj prezieravá služba ďalším generáciám správcov a užívateľov ciest. A to by nemalo byť nikomu kompetentnému ľahostajné. Bol by som veľmi rád, keby môj príspevok nezostal bez odozvy, keby tí, ktorých téma o integrovaných mostoch oslovuje, vyjadrili v tomto časopise svoje názory bez ohľadu na to, či sú súhlasné alebo odmietavé. Takáto celoštátna diskusia slovenských odborníkov – mostárov – by bola veľmi užitočná. Ambíciou tohto príspevku nie je predkladať hotové riešenia, ale upozorniť na to, že celým svetom sa šíri nový typ mostov, ktorý mnohí odborníci nazvali revolúciou v mostnom staviteľstve. Nakoniec zverejňujem niekoľko obrázkov zo smernice na riešenie integrovaných mostov (obr. 7 až 13). Smernicu vydal Ohio Department of Transportation pred takmer desiatimi rokmi.

TEXT: Ing. Gabriel Tevec
FOTO: archív autora

Gabriel Tevec je stavebný inžinier s 50-ročným nepre­tržitým aktívnym pôsobením v oblasti projektovania a realizácie mostov, ako aj riadenia projektových firiem.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.